分布式可再生能源接入對(duì)配電網(wǎng)電壓分布的影響分析

李宏基，鄭 偉，劉成功，陳卓鋒，高怡芳

0 引言

隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)及可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展，分布式可再生能源作為一種新型的能源利用方式，在配電網(wǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1-3]。

風(fēng)電、光伏等分布式可再生能源接入配電網(wǎng)后，由于其出力的間歇性、隨機(jī)性及不確定性，對(duì)配電網(wǎng)的電壓、網(wǎng)損、供電可靠性等將產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)[4]介紹了分布式電源的特點(diǎn)，并分析其對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響；文獻(xiàn)[5-6]分別對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)可靠性以及電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估；文獻(xiàn)[7]對(duì)分布式發(fā)電接入配電系統(tǒng)后所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究和評(píng)估，提出了一系列量化指標(biāo)；文獻(xiàn)[8]對(duì)不同類型分布式電源接入輻射型配電網(wǎng)絡(luò)前后對(duì)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓的影響進(jìn)行了分析；文獻(xiàn)[9]分析了光伏并網(wǎng)后對(duì)電壓質(zhì)量的影響；文獻(xiàn)[10]分析了小水電在枯水期及豐水期時(shí)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行電壓的影響。上述文獻(xiàn)沒(méi)有專門對(duì)線路電壓分布進(jìn)行展示分析。

本文通過(guò)對(duì)分布式可再生能源接入配電網(wǎng)后的電壓情況進(jìn)行理論分析，并結(jié)合算例仿真，對(duì)不同接入位置、不同接入數(shù)量及不同接入容量狀態(tài)下線路電壓分布情況進(jìn)行分析，分別展示不同狀態(tài)下線路電壓分布情況。

1 理論分析

圖1 單分布式可再生能源接入配電網(wǎng)的簡(jiǎn)化示意圖

圖1 為單個(gè)分布式可再生能源接入配電網(wǎng)的簡(jiǎn)化示意圖。網(wǎng)絡(luò)共有n個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)i上的負(fù)荷為PLi+jQLi，；線路Li上的阻抗為Ri+jXi；饋線首端為該網(wǎng)絡(luò)的平衡節(jié)點(diǎn)，即電壓幅值恒定，為V0，節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值為Vi；可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)p，其輸出功率為PDG+jQDG。以下分析忽略各線路上的功率損耗。

（1）分布式可再生能源接入配電網(wǎng)前，節(jié)點(diǎn)k與節(jié)點(diǎn)(k-1)電壓之間的關(guān)系：

一般地，可忽略電壓降落橫分量的影響，同時(shí)，由于配電網(wǎng)用戶側(cè)功率因數(shù)一般處于0.95左右，因此也可認(rèn)為，則式(2)可近似表示為：

由于網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷消耗的有功功率和無(wú)功功率皆為正值，即PLi＞0，QLi＞0，因此，存在 ΔVk＞0 ，即分布式可再生能源接入配電網(wǎng)前，網(wǎng)絡(luò)電壓分布規(guī)律是自饋線首端起，各節(jié)點(diǎn)電壓依次降低，且任一節(jié)點(diǎn)k電壓可表示為：

（2）分布式可再生能源接入配電網(wǎng)后，處于光伏并網(wǎng)點(diǎn)p點(diǎn)之前的節(jié)點(diǎn)k電壓分布情況，即此時(shí)存在0＜k＜p，則節(jié)點(diǎn)k電壓可表示為：

此時(shí)節(jié)點(diǎn)k和節(jié)點(diǎn)(k-1)電壓之間的關(guān)系可表示如下：

（3）分布式可再生能源接入配電網(wǎng)后，處于光伏并網(wǎng)點(diǎn)p點(diǎn)之后的節(jié)點(diǎn)k電壓分布情況，即此時(shí)存在p＜k＜n，則節(jié)點(diǎn)k電壓可表示為：

此時(shí)節(jié)點(diǎn)k和節(jié)點(diǎn)(k-1)電壓之間的關(guān)系可表示如下：

顯然存在ΔVk＞0，即此時(shí)節(jié)點(diǎn)(k-1)電壓比節(jié)點(diǎn)k電壓高。

2 仿真模型

10 kV線路仿真如圖2所示。線路在主干上共設(shè)置了A～I(xiàn)九個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。線路主干型號(hào)LGJ-150，長(zhǎng)度9 km，各節(jié)點(diǎn)之間等間距。線路裝接的支路配變總?cè)萘繛? 590 kVA，各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷均勻分布。

圖2 10 kV線路仿真模型

3 仿真分析

本文主要借助仿真軟件，分別對(duì)分布式可再生能源不同接入位置、不同接入數(shù)量及不同滲透率下的線路進(jìn)行潮流仿真計(jì)算，并對(duì)其電壓分布情況進(jìn)行分析。

3.1 接入位置對(duì)電壓分布的影響

3.1.1 單個(gè)接入點(diǎn)

同一滲透率（66.67%）下，分別將分布式可再生能源接入線路各主干節(jié)點(diǎn)，得到的線路電壓分布趨勢(shì)分別如圖3所示。

圖3 接入位置對(duì)線路電壓分布的影響（單點(diǎn)接入）

（1）分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)在線路前端，線路電壓沿線下降，但總體呈現(xiàn)兩種趨勢(shì)：①接入點(diǎn)靠近線路首端，自饋線首端起，節(jié)點(diǎn)電壓分布呈現(xiàn)依次平滑降低的規(guī)律，但各節(jié)點(diǎn)電壓與未接入前相比均有一定程度的升高；②接入點(diǎn)為非線路首端，饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)與并網(wǎng)點(diǎn)至線路末端呈現(xiàn)兩種不同的降低趨勢(shì)，饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)間線路電壓降低較平滑，并網(wǎng)點(diǎn)至饋線末端線路電壓降低較快。

（2）分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)在線路后端，自饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)線路電壓呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，而并網(wǎng)點(diǎn)之后的電壓依次降低，因此分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)成為局部電壓最高點(diǎn)。

3.1.2 多個(gè)接入點(diǎn)（以兩個(gè)為例）

當(dāng)一回10 kV線路不只一個(gè)分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)（以兩個(gè)為例），同一滲透率不同接入位置情況下，線路電壓分布存在以下幾種情況，如圖4所示。

（1）自饋線首端起，線路節(jié)點(diǎn)電壓分布沿線降低，但存在兩個(gè)“拐點(diǎn)”，電壓下降趨勢(shì)呈三段式，饋線首端為線路電壓最高點(diǎn)。

圖4 接入位置對(duì)線路電壓分布的影響（兩點(diǎn)接入）

（2）自饋線首端至第一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)電壓呈下降趨勢(shì)，兩個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)之間線路節(jié)點(diǎn)電壓呈先下降后上升的趨勢(shì)，第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)后電壓依次降低，饋線首端仍為線路電壓最高點(diǎn)。

（3）自饋線首端至第一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)、兩個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)之間線路節(jié)點(diǎn)電壓均呈先下降后上升的趨勢(shì)，第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)后電壓依次降低，第一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)為線路電壓最高點(diǎn)，第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)為局部電壓最高點(diǎn)。

（4）自饋線首端至第一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，線路節(jié)點(diǎn)電壓均呈先下降后上升的趨勢(shì)，兩個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)間線路節(jié)點(diǎn)電壓呈上升趨勢(shì)，第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)后電壓依次降低，第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)為線路電壓最高點(diǎn)。

3.2 接入容量對(duì)電壓分布的影響

分布式可再生能源接入同一位置（以D點(diǎn)為例），不同滲透率下線路電壓分布如圖5所示。

圖5 接入容量對(duì)線路電壓分布的影響

（1）分布式可再生能源接入后，線路各節(jié)點(diǎn)電壓均有提高。隨著分布式可再生能源滲透率的增大，電壓抬升效果更明顯。

（2）不同分布式可再生能源滲透率下，線路電壓分布可分為四種情況：

1）自饋線首端起，節(jié)點(diǎn)電壓分布依舊呈現(xiàn)依次平滑降低的規(guī)律，但各節(jié)點(diǎn)電壓與未接入前相比均有一定程度的升高；

2）自饋線首端起，節(jié)點(diǎn)電壓分布呈現(xiàn)依次降低的規(guī)律，饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)與并網(wǎng)點(diǎn)至線路末端呈現(xiàn)兩種不同的降低趨勢(shì)，饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)間線路電壓降低較平滑，并網(wǎng)點(diǎn)至饋線末端線路電壓降低較快；

3）饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)間電壓呈先降低后升高的趨勢(shì)，而并網(wǎng)點(diǎn)之后的電壓依次降低，分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)為局部電壓最高點(diǎn)；

4）饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)間電壓呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，而并網(wǎng)點(diǎn)之后的電壓依次降低，分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)為線路電壓最高點(diǎn)。

4 結(jié)論

（1）分布式可再生能源接入10 kV線路后，改變了線路沿線電壓變化的趨勢(shì)，線路電壓不再是沿線降低，線路電壓最高點(diǎn)也可能為分布式可再生能源接入點(diǎn)。

（2）分布式可再生能源接入位置直接影響線路電壓變化趨勢(shì)，接入點(diǎn)越靠近首端，影響程度越小，接入點(diǎn)越靠近末端，對(duì)線路電壓變化的影響程度越大。

（3）線路電壓變化趨勢(shì)的拐點(diǎn)數(shù)量與分布式可再生能源接入數(shù)量相等。

（4）分布式可再生能源的滲透率直接影響線路電壓的變化趨勢(shì)，滲透率越高，對(duì)線路電壓變化的影響程度越大。

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