含分布式電源的配電網(wǎng)無功補償方法研究

李維鵬

摘要：隨著“既要金山銀山，又要綠水青山”的發(fā)展理念，綠色環(huán)保、清潔能源發(fā)電得到了快速的發(fā)展，分布式電源成為熱點。但分布式電源接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和潮流分布都將發(fā)生巨大的變化。配電網(wǎng)無功補償可以改善電壓質(zhì)量，同時還能降低系統(tǒng)網(wǎng)損，減少用電成本。研究含分布式電源的配電網(wǎng)無功補償優(yōu)化配置對提高配電網(wǎng)安全穩(wěn)定與經(jīng)濟性意義重大。

關(guān)鍵詞：分布式電源;配電網(wǎng);無功補償

一、分布式電源對配電網(wǎng)的影響

（一）對配電網(wǎng)潮流的影響

當(dāng)接入分布式電源的負(fù)荷節(jié)點的負(fù)荷功率小于發(fā)出功率時，由于分布式電源的接入，潮流流向?qū)聪颍捶植际诫娫吹慕尤胧咕W(wǎng)絡(luò)潮流反向。由于分布式電源的輸出功率不恒定，負(fù)荷也不恒定，所以潮流的方向也會出現(xiàn)變化。

（1）多電源供電問題

正常情況下，配電網(wǎng)是單端供電的，而由于分布式電源的存在，造成了配電網(wǎng)內(nèi)部多個電源點，多端供電的問題。因而將負(fù)荷和與之連接的分布式電源單純的視作一個負(fù)荷節(jié)點來考慮，也就是將此問題又轉(zhuǎn)化為單端供電問題。

（2）潮流流向問題

配電網(wǎng)中，潮流流向都是由根節(jié)點流向末端節(jié)點的。當(dāng)加入的分布式電源所發(fā)出的功率大于與之連接點的負(fù)荷功率時，可能會使得潮流方向變化，潮流方向不單一等問題。在本文中反向的潮流當(dāng)作負(fù)的正向潮流處理。

（二）對節(jié)點功率的影響

因為電力系統(tǒng)要求無功不能倒送，且無功補償不可投切或改變，所以要求在各節(jié)點所需無功功率最少時確定補償無功功率大小。當(dāng)不投入分布式電源時，最小負(fù)荷方式下負(fù)荷無功一般最小;加入分布式電源后，因為分布式電源需要吸收無功，而且吸收無功的量隨著時間的變化而變化，所以需要在加入分布式電源后重新計算三種負(fù)荷方式下電網(wǎng)的無功功率需求，選取需求無功最少的負(fù)荷方式來確定無功補償容量，從而保證補償無功較大且不會倒送無功。

（三）對配電網(wǎng)電壓的影響

正常情況，分布式電源的接入對配電網(wǎng)的電壓能起到一定的支撐作用。對于同等容量的分布式電源來說，分散式安裝的效果要好于集中式安裝。分布式電源安裝于越接近線路首端（或母線側(cè)）對線路電壓分布影響越小，從減小電壓變化率的角度著想，分布式電源適合于安裝在線路中間偏末端的位置或位置組合。

（四）接入點位置及容量對網(wǎng)絡(luò)有功損耗的影響

在相同容量時，接入點越靠近電源點、電壓質(zhì)量高的節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)損耗要高于接入點為遠離電源點、電壓質(zhì)量低的節(jié)點。接入點遠離電源點、電壓質(zhì)量低的節(jié)點時，無功補償容量在一定范圍內(nèi)，會隨著接入的分布式電源的無功容量而增加，網(wǎng)損會有明顯的下降，而接入點靠近電源點、電壓質(zhì)量高的節(jié)點時，無功補償容量對網(wǎng)損基本沒有影響。

二、含分布式電源的配電網(wǎng)無功補償優(yōu)化配置

（一）含分布式電源的配電網(wǎng)無功補償優(yōu)化配置的數(shù)學(xué)模型

在本文中以全年電能損失費用與無功補償設(shè)備的投資費用之和作為目標(biāo)函數(shù)。要求配電網(wǎng)在補償后能在一個良好的狀態(tài)下運行，配電網(wǎng)需滿足有功平衡和無功平衡、各節(jié)點電壓不越界、系統(tǒng)潮流約束等。

（1）全年網(wǎng)損費用和無功補償設(shè)備投資費用

實際中配電網(wǎng)負(fù)荷是隨時間的變化而變化的，計算時將負(fù)荷分為最大負(fù)荷、一般負(fù)荷及最小負(fù)荷三種方式。

為了將三種負(fù)荷方式聯(lián)系起來，在此引入最小負(fù)荷損耗時間，即將全年負(fù)荷總量歸算到只在最小負(fù)荷方式下運行的時間。

全年電能損失即三種負(fù)荷方式下的電能損失之和，這三種負(fù)荷方式下的網(wǎng)損分別為為 Plmax、Plnor、Plmin，所對應(yīng)運行時間分別為 tmax、tnor、tmin，則全年電能損耗可表示為：

在補償電容的費用上，應(yīng)用單位容量的補償設(shè)備投資費用系數(shù)的概念，用Cci來表示，因為在補償時，取補償電容為整數(shù)，假設(shè)在i節(jié)點上補償電容容量為Qci，那么在i節(jié)點上的補償電容的費用為：

（2）資金的時間價值

根據(jù)經(jīng)濟學(xué)等年值的概念，其現(xiàn)值 P 和等年值 C 的換算公式為：

將新增補償設(shè)備的投資費用折合為等年值的設(shè)備投資費 F2用后的表達式形式為：

（3）無功補償?shù)募s束條件

對補償后的配電網(wǎng)的要求，也即該問題的約束條件的要求包括：

（4）配電網(wǎng)無功補償優(yōu)化數(shù)學(xué)模型

綜上所述，配電網(wǎng)無功補償配置模型如下;

在約束條件中，上標(biāo)k=（1，2，3）分別代表最大，一般和最小三種負(fù)荷方式。

n：節(jié)點個數(shù);

Qcimax：i點可新增電容器補償?shù)淖畲笕萘俊?/p>

（5）數(shù)學(xué)模型的求解方法

由于電網(wǎng)要求無功不能倒送，且補償電容不可投切或改變，而三種負(fù)荷方式中最小負(fù)荷方式的負(fù)荷無功最小，最容易倒送，所以無功補償容量應(yīng)在最小負(fù)荷方式下運算。因此補償容量的確定和設(shè)備的投資費用應(yīng)在最小負(fù)荷方式下進行。

最小負(fù)荷方式下的數(shù)學(xué)模型為：

等式約束和不等式約束即為配電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型中式（4-14）、（4-15）、（4-16）、（4-17）中的k取3時的情況。

所以在一般和最大負(fù)荷方式下的目標(biāo)函數(shù)變?yōu)椋?/p>

其中等式約束和不等式約束即為配電網(wǎng)數(shù)學(xué)模型中式（4-14）、（4-15）、（4-16）、（4-17）中的k取2和1時的情況。

（6）潮流計算方法

前推回代法是比較常用的解決配電網(wǎng)潮流計算問題的方法，而且該方法不會受到配電網(wǎng)中線路的電阻和電抗之比相差不大的問題影響。計算中，需先確定每一個負(fù)荷節(jié)點的有功功率和無功功率，從線路末端開始，通過潮流計算先求得各支路末端功率和新增無功補償值，后用末端功率進行電壓計算，用線路始端開始求得各節(jié)點電壓，然后返回計算潮流，對此過程進行反復(fù)運算，計算出所有支路的有功損耗求和，即為配電網(wǎng)的功率損耗。

三、結(jié)語

實際中，經(jīng)過綜合考慮投資效果、電壓質(zhì)量和降損效果，對多次優(yōu)化計算的結(jié)果進行比較，選取出最為合適的補償方案。茌平配電網(wǎng)多措并舉，電網(wǎng)電壓質(zhì)量得到明顯提高，有效地降低了網(wǎng)絡(luò)損耗，經(jīng)濟性良好，截至目前茌平共并網(wǎng)1700余戶分布式電源，容量29000KW，線損由6.9%降為4.2%。

參考文獻：

[1]賈祺，嚴(yán)干貴，李泳霖，等新型多端輸入光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運行控制策略.電力自動化設(shè)備，2017.

[2]葉滿園，官二勇，宋平崗.以電導(dǎo)增量法實現(xiàn)MPPT的單級光伏并網(wǎng)逆變器，2006.