分布式光伏接入对配电网电压稳定性的影响研究

吴姣

江苏大屯电热有限公司 江苏徐州 221611

我国地域宽阔，西部地区日照时间长，太阳能资源丰富，其中约65%的区域每年的光照时长超过2200小时，粗略计算约为233408360MJ/m 辐射量。为了能够因地制宜充分利用我国地区优势，国家出台了《可再生能源法》、《可再生能源中长期规划》等文件以促进光伏发电产业的飞快发展。同时，为解决光伏发电存在的问题，促使产业向着健康的方向发展，我国为“无电”的西部偏远乡村地区开展了“中国光明工程”、“送电到乡村”等希望工程。因此本文在分析配电网电压稳定指标及光伏波动特性的基础上，研究光伏分布式接入对配电网电压稳定性的影响，并通过某实际算例系统加以验证。

1 分布式光伏发电概述

光伏发电包括输电侧并网和配电侧并网2种类型，前者在大规模发电站中的应用价值较高，集中全部的电能融入电网，为电网调配提供基础；后者的发电规模小，形成的电能向最近距离的配电网融入，电能被直接利用。分布式光伏发电系统通常是配电侧并网发电，具有高灵活度、高使用价值以及维护简单的优势。实际应用过程中，可全面利用休闲区域和屋顶等区域，实现电力设备的构建和规划，大大降低土地资源的消耗量，避免对生态环境造成严重的干扰。配电侧并网对接入要求较低，相应的电能为本地负荷提供服务，避免了输电线路电能传输损耗，极大增强了电能的利用效率[1]。

2 分布式电源接入对配电网的影响

2.1 分布式电源接入对电网电压的影响分析

分布式电源接入后改变了配电网结构，造成配电网的潮流分布发生改变，随之会造成电网电压的变化，分布式电源接入配电网的位置及其容量均会对配电网电压产生影响。当一定容量的分布式电源接入末端母线时会对系统电压产生较大影响，而接入首端母线则不会对系统电压产生很大的影响，因为接入首端母线相当于增大了原有系统的容量，而分布式电源的容量大小相对于系统容量几乎可以忽略，因此不会对配电网线路电压产生很大影响。当分布式电源接入位置保持不变，增大其容量则会对配电网线路电压产生影响。

2.2 分布式电源接入对系统稳定性的影响分析

分布式电源并网后给系统带来诸多不确定因素，对系统稳定性会产生积极作用，同时也会带来消极影响。在系统发生故障时，具备低压穿越能力的分布式电源能够为系统输送无功功率，提供电压支撑，提高系统运行的稳定性；而不具备低压穿越能力的分布式电源接入电网，当系统发生故障时，分布式电源会离网形成孤岛运行状态，这样会使得电网电压急剧跌落，导致系统运行状态不稳定。当分布式电源作为系统备用电源接入时，则会提高系统的稳定性[2]。

3 研究分析分布式光伏接入对配电网电压稳定的影响机理

某光伏观测站不同典型天气类型日的光伏功率数据见图1。从图1可以看出，不同天气的光伏功率波动大小有显著区别，晴天光伏功率峰值最大，雨天光伏功率峰值最小；光伏功率波动峰值主要出现在10:00-14:00。不同天气下的光伏功率在17:00-第二天5:00均为0。

图1 光伏观测站实际数据

若将各节点电压近似为额定电压UN，公式（1）可以变为：

采用标幺制计算，可将式（2）改为：

当少量光伏接入配电网末端，光伏发电就地消纳抵消部分负荷，式（2）中的末端功率Pj将减少，从而减小L，提高系统的电压稳定性。当末端接入光伏较多而负荷较少时，末端功率Pj为负，即有功功率由末端流向始端，可能会使L增加，从而降低系统的电压稳定性。基于以上分析可知，光伏适量接入会减少线路流过功率，提高电压稳定性。

4 算例分析

采用某市某地区10kV配电网进行分析，见图2，图中1节点为平衡节点，共20个节点，25条支路。设定收敛精度为1×10-6，采用极坐标形式的牛顿法进行潮流求解。接入光伏前，该系统的静态电压稳定指标L＝0.2802。按光伏发电功率50W/m 2，接入2000m2计算，光伏峰值日照时发电量约为0.1MW；若在农村接入，则可接入的光伏会比较大，按接入12000m2计算，光伏峰值日照时发电量约为0.6MW。在不同节点分别接入不同容量的光伏后，系统的电压稳定L指标的变化趋势见图3。当光伏接入13节点、14节点、15节点、16节点、17节点、18节点时，L较小，电压稳定性较好。根据图2可知，这6个节点均在配电网末端。根据以上分析可知，当光伏接入配电网末端对电压稳定性的改善效果较好。根据该地区实际情况，按各地点不同的允许接入光伏面积，分布式接入光伏，接入容量见表1。系统的电压稳定指标取系统中最大的L值，即系统中相对最不稳定的线路L指标。

图2 某地区20节点配电网图

图3 光伏接入不同位置后系统电压稳定L指标

表1 光伏接入节点及容量

分布式光伏接入配电网后，系统的电压稳定L指标为0.0722，系统接入分布式光伏前后各支路电压稳定L指标见图4。

从图4可以看出，当分布式光伏接入后，改变了各支路的L指标，其中17支路的L指标由0.2802变为0.0603。根据前面的分析，光伏接入后对系统电压稳定的影响机理是由于对支路的功率产生了影响，减少了支路潮流从而减小了L指标，提高了系统电压稳定性[3]。为验证本文的分析，将各支路首端的有功功率和无功功率进行计算并分析，功率变化见图5和图6。

图4分布式光伏接入配电网前后各支路L指标

图5分布式光伏接入系统前后各支路首端有功功率

图6 分布式光伏接入系统前后各支路首端无功功率

从图5和图6可以看出，光伏接入前后对各支路的有功功率流动影响较大，对无功功率的流动影响不大。根据公式（1），由于线路流过的功率改变，使得支路L指标改变，从而影响了系统的电压稳定性。根据以上分析可知，分布式光伏接入对系统电压稳定性的影响机理为改变了各支路的功率流动，从而减小了L指标，提高了电压稳定性。光伏集中接入时，接入到配电网末端位置，改善效果更为明显[4]。

5 结语

综上所述，由于世界上煤、石油等一次能源紧缺，且因温室气体排放过量引起的气候变暖、海平面上升等全球环境问题日益严重，近年来利用清洁的太阳能作为新兴能源的光伏发电，逐渐成为各国研究和发展的新趋势，发展前景广阔。本文分析了分布式光伏接入对配电网的电压稳定的影响机理。通过本文分析可得出以下结论：a.相同容量光伏接入配电网末端，会提高电网的电压稳定；b.受天气影响，光伏峰值日照输出功率会发生变化，少量光伏并网，随着光伏输出功率增多，线路流过功率越少，越利于电压稳定。