分布式光伏并网对10 kV 城市配电网线损的影响研究

王 珏

（国网黄石供电公司， 湖北 黄石 435000）

0 引言

城市配电网的稳定运行对保障电力供应至关重要。传统的城市配电网面临着线损率较高和能源消耗较大等问题。分布式光伏发电系统通过将光能转化为电能，实现了分散式发电，并可与城市配电网进行并网运行[1]。通过评估分布式光伏并网对线损的影响程度，为优化城市配电网的管理和运行提供参考。

1 城市配电网线损的定义和计算

1.1 线损的概念

在城市配电网中，线路输电过程中会存在一定的能量损耗，称为线损。线损可分为技术线损和非技术线损。技术线损是由电力系统中的电阻、电感和电容等元件引起的正常损耗，损耗大小取决于电力系统的运行状态、负载水平和线路特性等因素。非技术线损是指不正常的电能损耗，由非法操作、电能盗窃、计量误差、设备故障和电能质量问题等原因引起，对电力系统的稳定运行和经济效益造成严重影响，需要通过有效的管理和监测来控制和减少[2]。

1.2 线损的计算

1.2.1 技术线损的计算公式

技术线损主要由导线电阻、变压器铜损、线路中的电感和电容等元件引起。技术线损的计算公式如下：

线路功率损耗（Ploss）：

式中：Ploss为线路功率损耗；I为电流；R为线路电阻。

变压器铜损（PCu）：

式中：PCu为变压器铜损；I为变压器的负载电流；RCu为变压器的电阻。

线路电感损耗（Pind）：

式中：Pind为线路电感损耗；I为电流；Xind为线路的电感阻抗。

线路电容损耗（Pcap）：

式中：Pcap为线路电容损耗；I为电流；Xcap为线路的电容阻抗。

总的技术线损可以通过将上述各项功率损耗相加来计算。

1.2.2 非技术线损的计算公式

非技术线损是由非法操作、电能盗窃、计量误差、设备故障和电能质量问题等因素引起的损耗。由于非技术线损的来源和类型多样，其计算方法因情况而异。非技术线损的计算公式如下：

非技术线损的百分比（NLoss）：

式中：NLoss为非技术线损的百分比；Eout为输出的电能量；Ein为输入的电能量。

计量误差引起的非技术线损（NLossmetering）：

式中：NLossmetering为计量误差引起的非技术线损；Eout为输出的电能量；Kmetering为计量误差系数。

设备故障引起的非技术线损（NLossfault）

式中：NLossfault为设备故障引起的非技术线损；Eout为输出的电能量；Kfault为设备故障系数。

电能盗窃引起的非技术线损（NLosstheft）：

式中：NLosstheft为电能盗窃引起的非技术线损；Eout为输出的电能量；Ktheft为电能盗窃系数。

总的非技术线损可以通过将上述各项损耗相加来计算。

2 分布式光伏并网对线损的影响

2.1 对技术线损的影响

2.1.1 光伏发电系统的功率因数对线损的影响

光伏发电系统的功率因数是衡量系统有功功率和视在功率之间关系的参数。功率因数是一个介于0和1 之间的值，接近1 表示系统具有较高的有功功率，而接近0 表示系统具有较高的无功功率[3]。光伏发电系统对线损的影响主要包括功率因数改变引起的导线电阻损耗和变压器铜损耗。

当光伏发电系统的功率因数较低时（接近0），系统会产生较高的无功功率，导致导线的电阻损耗增加。这会导致在输送电能的过程中出现更多的能量损耗，从而增加技术线损的程度。

另外，功率因数低的光伏发电系统还会对变压器产生影响。变压器的铜损耗与系统的有功功率成正比，当光伏发电系统的功率因数较低时，变压器的铜损耗也会增加，进一步增加了线损的程度。

光伏发电系统的功率因数对技术线损有显著影响，为了减少线损，光伏发电系统应通过逆变器控制，保持功率因数接近1，从而最大限度地减少导线电阻损耗和变压器铜损耗。

2.1.2 光伏发电系统对电压稳定性的影响

光伏发电系统的并网接入会对配电网的电压稳定性产生影响，光伏发电系统的接入会引入额外的无功功率，并可能导致电压波动和电压不稳定。

在光照强度变化较大的情况下，光伏发电系统的输出功率会产生明显的波动。当光伏发电系统的输出功率突然增加时，可能会导致电压升高。反之，当光伏发电系统的输出功率突然减小时，可能会导致电压降低。这种电压波动可能会超出配电网的设定范围，导致电压不稳定或不合格。

2.2 对非技术线损的影响

2.2.1 光伏发电系统对电网电压质量的影响

光伏发电系统的并网接入对电网的电压质量会产生一定的影响，主要包括电压波动、电压偏差和电压不平衡。首先，光伏发电系统的输出功率会随着太阳辐射的变化而波动，直接影响到电网的电压，导致电压的瞬时波动。其次，由于光伏发电系统的并网接入，可能会导致电压偏差，导致电压超出标称范围[4]。此外，光伏发电系统的接入也可能导致电网的电压不平衡，进而影响到电网其他用户的电压质量。

2.2.2 光伏发电系统对电网谐波的影响

光伏发电系统的并网接入还可能对电网的谐波产生影响，谐波是指电网中频率是基波频率的整数倍的非基波电压和电流成分。光伏发电系统的逆变器通常采用开关电源技术，其输出电压和电流具有较高的频谱含量，这些频谱含量可能包含谐波成分，将这些谐波注入到电网中，可能会导致电网的谐波电压增加，从而影响电网的谐波水平。高水平的谐波电压可能导致其他电网设备的谐波电流增加，进而影响电网的谐波传输和供电质量。

3 研究方法和实验设置

3.1 数据收集和实验设计

本研究选择了某城市的10 kV 配电网进行观察和测量。收集了该配电网的线损数据、光伏发电系统的运行数据、电网电压和谐波数据等，如表1 所示。

表1 配电网具体参数

3.2 城市配电网规模和分布式光伏系统容量的选择

在实验中，对配电网进行有无光伏发电系统的比较。同时，比较不同光伏逆变器功率因数和谐波畸变率的情况下对配电网的影响。

为更好地比较有无光伏发电系统对线损的影响，分别测试在相同负荷下两种情况下的线损率，计算其技术线损和非技术线损的具体值。计算公式如下：

通过实验，分析分布式光伏并网对城市配电网线损的影响，并探讨其对电网电压质量和谐波的影响。

4 结果与讨论

4.1 实验结果呈现

根据实验数据的收集和分析，得出以下实验结果。

1）光伏发电系统对技术线损的影响。实验结果显示，在光伏发电系统并网的情况下，技术线损率较无光伏系统情况下有所增加，无光伏系统技术线损率为5%，光伏系统并网后技术线损率为7%。对比数据可以看出，光伏系统的并网导致技术线损率增加了2 个百分点。

2）光伏发电系统对非技术线损的影响。实验结果显示，非技术线损率在光伏系统并网后有所下降，无光伏系统非技术线损率为10%，光伏系统并网后非技术线损率为8%。通过对比数据可知，光伏系统的并网对非技术线损率产生了显著的改善效果，降低了2 个百分点。

综合分析可知，光伏发电系统的并网对城市配电网的线损产生了一定的影响。技术线损率有所增加，而非技术线损率有所下降。这表明光伏发电系统的并网对配电网的功率流动和电网的电压稳定性产生了一定的影响，如表2 所示。

表2 实验结果

通过进一步分析发现，光伏发电系统的功率因数和谐波畸变率也对线损产生了一定的影响。在实验中，观察到功率因数和谐波畸变率的变化会进一步影响光伏发电系统的并网效果以及对线损的影响程度。

4.2 对实验结果的定量分析和解释

对于技术线损率的增加，可以解释为光伏发电系统的并网引入了新的电源，增加了配电网的负载，从而导致了额外的线路损耗。这可能是由于光伏发电系统的功率输出和电网负载之间存在功率匹配不完全的情况，导致了一定程度的能量损失。

而非技术线损率的降低可以解释为光伏发电系统的并网提供了稳定的电源，减少了电网中的非线性负荷对电压的波动和谐波产生的影响，进一步减少了非技术线损的产生。

5 结论

通过对实验数据分析可知，分布式光伏并网可以显著减少城市配电网的技术线损和总线损，功率因数越高，线损越小。应保持电网电压稳定，控制谐波畸变率在合理范围内。分布式光伏并网系统在城市配电网中具有显著的优势和潜力，可以提高配电网的效率和稳定性，降低能源消耗和环境污染。