分布式风光储对中压配电网的影响

张 师，刘竞泽，田 蕾，鄂立顺，于 跃

(1.东北电力大学 电气工程学院，吉林 吉林 132012；2.国网黑龙江省电力有限公司，哈尔滨 150090； 3.国网吉林省电力有限公司吉林供电公司，吉林 吉林 132001; 4.国网黑龙江省电力有限公司绥化供电公司，黑龙江 绥化 152000)

0 引 言

随着经济发展和居民用电量不断增多，配电网供电可靠性与电压质量问题日益凸显，需要接入分布式电源以提高供电可靠性并改善配电网低电压问题[1-3]。

分布式风光储接入配电网可以缓解风电和光伏功率随机波动对电网造成的消极影响，提高风电和光伏的利用率[4-6]。风能和太阳能作为分布最广泛的可再生能源，利用其形成分布式风光储接入配电网是多能互补技术的典型应用模式[7]。

目前，国内外关于分布式风光储接入配电网方面的研究已经取得了一些进展，文献[8]推导了电压稳定H指标，并结合L指标深入分析分布式电源接入对系统电压稳定的影响机制，并给出提高电压稳定性的措施；文献[9]将理论分析与仿真分析相结合，研究了分布式储能在不同位置接入后对配电网电压稳定的影响；文献[10]通过研究表明对地方性电厂的出力进行重新分配可减小系统网损指标、电压偏移指标及电压稳定L指标。综上可知，合理布置分布式风光储会使配电网电压质量和经济性得到有效改善。关于风光储联合接入配电网系统方面的研究也取得了一些成果，如分析风光储接入对系统调峰能力的影响[11]、风光储系统接入的最优化调度方法[12]和风光储系统的设计[13]。但未见风光储接入对配电网的影响机理研究，而随着配电网中多种电源的分布式接入，分布式风光储接入配电网是一项值得深入研究的工作。

基于此，以电压稳定L指标、电压偏移、有功网损为评价指标，对分布式风光储的接入对中压配电网的影响进行研究。

1 配电网评价指标

所采用的配电网评价指标主要包括电压稳定指标、网损指标和电压偏移指标。

配电网电压稳定L指标是基于潮流可解性推导出的。系统中任意两个相邻节点i和j，假设功率从节点i流向节点j，则节点i和节点j电压的关系可以表示为

(1)

将式(1)展开并化简可得：

(PjXij-QjRij)2=0

(2)

式中：Ui为节点i电压幅值；Uj为节点j电压幅值。

若Uj有解，则根据一元二次方程根判别式可知：

(PjXij-QjRij)2]≥0

(3)

化简式(3)可得：

(4)

因此可得出电压稳定L指标：

(5)

取各支路中最大的L作为系统的L指标。如果L≤1，则Uj有解，电压稳定；如果L>1，则Uj无解，电压不稳定。

配电网网损指标即为网络中的有功功率损耗，可以表示为

(6)

式中：Pk、Qk为第k条支路首端流入的有功功率、无功功率；Uk为第k条支路首端电压幅值；Rk为第k条支路的电阻；n为支路数。

配电网电压偏移指标可以表示为

(7)

式中：Uri为节点i额定电压幅值，m为节点个数。

2 分布式风光储接入对配电网的影响

根据电力系统对电能质量的约束，可以近似认为系统各节点电压为额定电压，式(5)可以转化为

(8)

式中：UN为额定电压。通常额定电压标幺值为1.0，因此可以将L进一步简化：

L=4[(PjXij-QjRij)2+(PjRij+QjXij)]

(9)

若分布式风光储的接入减小了节点i和节点j间的功率，该支路的L指标会相应减小，从而提高电压稳定性。根据式(6)可知，支路流过的功率减小会减小支路的网损，从而提高配电网运行的经济性。

相邻的节点i和节点j的电压幅值可以近似表示为

(10)

当支路流过的功率增加时，两端电压幅值之差增加，从而降低末端电压。

基于以上分析可知，如果分布式风光储的接入降低了线路流过的功率，会使配电网的电压稳定性和经济性均得到提升。

3 算例分析

以吉林市某地区10 kV配电网为例进行分析，如图1所示，节点编号如表1所示，共20个节点，25条支路。将2014年某一时刻的负荷数据注入仿真模型，进行潮流计算，可以得到该时刻的配电网潮流分布。

图1 某地区20节点配电网Fig.1 20-node distribution network in a certain area

表1 节点编号Table 1 Node number

将棋盘变、化工变、土城变合并为1个节点，作为该区域配电网的平衡节点。设定收敛精度为10-6，采用极坐标形式的牛顿法进行潮流求解。可以得到，当前时间断面下的总网损为9.04 MW，静态电压稳定指标L为0.280 2，电压偏移指标为0.538 3 p.u.，节点电压最低为0.788 5 p.u.。

将2 MW的风光储接入配电网，各支路电压稳定L指标如图2所示。各支路中L最大值为系统的L指标，可以看出，当2 MW风光储接入化建(节点13)、水分厂(节点14)、民主(节点15)、北甸(节点16)、农电2(节点17)时，L较低，电压稳定性较好。根据图1可知，这5个节点均在配电网末端。当风光储接入配电网首端位置(如节点1)时，系统的电压稳定L指标在0.28附近，和原系统几乎相同。

图2 各支路N指标Fig.2 N index of each branch

图3为风光储接入不同位置的系统有功网损，可以看出，在2 MW风光储接入化建(节点13)、水分厂(节点14)、民主(节点15)、北甸(节点16)、农电2(节点17)时，系统网损较少，经济性较好。

图3 2 MW风光储接入不同位置时系统的有功网损Fig.3 Active power loss when 2 MW wind-solar-storage system is connected to different positions

将20 MW风光储接入不同位置，系统的有功网损如图4所示，可以看出，随着风光储接入容量的增加，网损越来越少。

图4 20 MW风光储接入不同位置时系统的有功网损Fig.4 Active power loss when 20MW wind-solar-storage system is connected to different positions

将100 MW风光储接入配电网不同节点后，接入不同容量下的系统有功网损如图5所示。

从图5可以看出，接入配电网末端风光储容量过大会导致线路流过功率过大，增加有功网损。

图5 不同风光储接入不同位置时系统的有功网损Fig.5 Active power loss when different wind-solar-storage systems are connected to different positions

当风光储分布式接入时，即化建(节点13)、水分厂(节点14)、民主(节点15)、农电2(节点17)各接入5 MW，仿真结果图6所示。

图6 各节点电压Fig.6 Voltage of each node

当配电网末端集中接入20 MW分布式风光储时，系统电压水平最好。这是由于风光储接入前系统存在末端电压水平较低的问题，而风光储接入末端后会显著提升末端电压水平，并使临近节点电压幅值得到提高。4种算例下的系统L指标和有功网损如表2所示。

表2 不同系统的L指标和有功网损Table 2 L Index and active power loss of different systems

根据以上分析可知，分布式风光储接入配电网末端可显著改善系统电压水平、电压稳定性和经济性。当风光储系统集中接入配电网时，若接入位置选择恰当，同样可以有效改善系统电能质量和经济性，如表2所示，20 MW风光储集中接入民主的L指标和网损指标最优。

4 结 语

分析了分布式风光储接入对配电网的电压稳定、电压偏移、网损的影响机理。当适量风光储接入配电网末端时，会提高电网的电压稳定性和电能质量，提高运行经济性；若末端接入过多风光储，会增加线路流过的功率从而增加网损。若实际安装时位置不便，可遵循末端接入的原则，集中接入和分布式接入均可有效提高运行经济性和电压水平。