并网光伏发电系统对配电网潮流和电压分布的影响_张士涛

New Energy 新能源53RURAL ELECTRIFICATION张士涛，赵 迪并网光伏发电系统对配电网潮流和电压分布的影响（房山供电公司，北京 房山 102401）配电网中建设光伏发电等分布式电源系统，使得配电系统由原来的放射状无源网络变为分布有中小型电源的有源网络，增加了配电系统的控制和管理复杂程度。分布式发电的影响主要包括彻底改变配电网络规划、运行（如无功补偿、电压控制等）；需要重新考虑配电网自动化系统和需求侧管理的内容和方法；必须协调各个分布式电源之间的关系；需要制定合理的与分布式电源有关的法律、法规和行业规范。因此，分布式系统的研究是电力科学研究的重点之一。光伏系统并网后对配电网潮流和稳态电压分布都产生巨大的影响。光伏系统在某些情况下能够提供电压支撑，而如果综合考虑光伏发电系统的接入容量和接入位置，负荷特性，配电线路和调压方式等因素时，可能引起配电线路的有功、无功数量和方向变化，进而影响到潮流和稳态电压问题 [1,2] 。本文重点对光伏系统的引入对配电网潮流和稳态电压分布的影响进行定量的研究。1光伏发电系统在潮流计算中的处理光伏发电等分布式电源并入配电网络后，极少正面参与电压调节，而且光伏发电系统可以通过调节电力电子接口参数控制有功及无功的输出，并且光伏发电系统的并网条件是输出电压跟随系统电压变化，因此从系统角度，光伏发电系统可以视为可控的动态负荷，即可处理为 Q 0的 PQ节点或 Q越界的 PV -PQ 节点 [3,4] 。考虑到环保及经济性要求，光伏发电系统在自然条件不变的情况下，静态稳定分析时认为运行于额定工况附近，其有功和无功变化不大，因此在本文研究中，认为光伏发电系统的出力不随节点电压变化而变化，保持恒定。2配电网稳态潮流和电压分布分析根据放射状链式配电网结构，沿馈线将每一级中负荷视为一个节点并加以编号，始端变电站为 0母线，依次编为 1， 2，， N。 Ri、 Xi 分别为每一小段线路的电阻和电抗，以此形成的配电网络如图 1所示。令系统侧母线为参考节点，线电压表示为 V0 V0ei o。电网实际运行中，即使网络中接有多个光伏电源，但负荷总容量一般情况下仍大于光伏电源的总容量，这样可保证整个配电线路是严格吸收型的受端网络。首先假设有一个光伏电源接入第 K 个节点， K 可以是末端节点。未接光伏电源时潮流是单向地从变电站母线流向负荷，若 K 节点上的光伏电源投人运行，加了电源后，改变了潮流的方向和大小，各节点的电压损耗会发生一定变化。接入光伏电源后，各个负荷节点的电压均有所上升。由于馈线中传输的功率减少，同时还有光伏电源发出无功功率时，有利于提高负荷节点的电压水平 [5] 。假设受端节点负荷从光伏系统处得到容量 S P1 jQ1，保持送端电压不变，则线路压降变为Δ V [ P － P1Rline Q － Q1Xline ]/US （ 1）可以看出，光伏系统注入一定量的功率后，线路流过的有功和无功功率有所降低，线路压降有所减小，光伏系统对该节点电压起到了支撑作用。但是当光伏系统注入容量达到某一定值时，受端电压将达到额定值，如果再继续增加注入容量，线路流过的有功和无功功率又会增加，此时电压降可能会变为负值，并网节点电压甚至会超过送端电压。3仿真分析3.1光伏发电系统接入 IEEE33节点系统仿真计算本文利用 IEEE33 节点配电系统作为仿真计算的模拟系统，并在 PSASP中建立仿真模型，如图 2所示。U0 U1 U2 Uk U N-1 UNR 1,X 1 R 2,X 2 R i,X i Rl ,Xl RN ,X NP1 Q 1 P2 Q 2 PkQ kP NQ NP PV Q PV PV图 1 放射状链式配电网络14032 765 1098 1311 12 14 1715 16201918 212322 24272625 302928 31 32图 2 IEEE33节点配点系统结构图新能源 New Energy54RURALELECTRIFICATION3.2光伏发电系统单点接入配电网仿真分析为量化同一节点在光伏电源并入前后电压的变化程度，本文利用并入光伏电源后节点电压与光伏电源并入前的电压之差与光伏发电并入前的电压之商构成电压变化指标 ε [3]，即ε U n － U n/U n （ 2）由变化率表达式可知，某一节点的电压变化率越大，说明该节点电压受光伏电源接入的影响越大，同时也说明这些节点的电压受到光伏电源的支撑越大。第一，光伏电源并网位置对配电系统潮流和电压分布影响。如图 2所示，在节点 2、 5、 7、 9、 12、 15和 17处分别接入注入容量为 3 MVA ，功率因数为 cosj 1运行方式下的光伏电源。仿真中配电系统各个节点为恒功率负荷，系统基准容量选为 10 MVA ，基准电压为 10.5 kV 。仿真结果如图 3所示。由上述节点电压变化曲线可知，并入光伏电源后各节点电压上升明显，甚至在节点 7后接入的光伏电源，会使得母线电压高于送端电压，而且由于光伏电源接入容量比较大，会在并网点处形成整个配电网络的极大值，而且在节点9之后并网会使得线路末端电压被抬高，将不再是馈线上电压的极小点；单纯从电压支撑角度，显然在系统母线末端位置接入更理想，但明显这些电压会高于额定电压，甚至高于送端系统母线电压；就单个光伏电源接入配电网络而言，建议光伏电源的最佳接入位置应在配电线路中间偏末端，这使光伏电源对整个配电网电压有较大提升，且影响较小。同时，通过分析潮流数据可知，当光伏电源在线路前端位置并网时，由于系统母线和光伏电源之间线路输送的有功功率的减少，使得线路的网损有所下降；但随着并网位置的后移，光伏电源向配电网络其它负荷输送功率，使得系统母线和光伏电源之间的线路网损又有所上升。第二，就光伏电源并网容量对配电系统潮流和电压分布影响。利用图 2同样的网络和负荷，在配电网络中节点7并入一注入容量为 3 MVA，功率因数为 cosj 1运行方式下的光伏电源，通过调节其出力比例来研究其在不同容量时对配电网潮流和电压分布的影响。光伏电源的出力可以为 0， 33， 67， 100。仿真结果如图 4所示。由此可见，单个光伏电源并入系统后，在不改变光伏电源位置的情况下，光伏电源的容量决定了光伏电源对系统节点电压的支撑水平；光伏电源总出力越大，与负荷的比值越高，对节点电压支撑就越大，整体电压水平也越高；由于接入光伏电源后电压变化率很大，如果对光伏电源的容量不加以限制，很有可能会造成系统电压越限。而且通过分析可知，如果考虑光伏电源的投入和退出运行等情况，越是电压变化率大的地点，越是无功补偿和电压支撑应优先考虑的地点。4结束语本文利用 IEEE33 节点进行仿真计算，研究光伏电源对配电网络潮流和电压分布的影响。得到以下结论一是一定容量的单个光伏电源并网时，光伏电源对馈线上的潮流和电压分布产生较大影响，影响大小主要取决于光伏电源的容量大小、位置等条件。二是通过研究，从提高系统稳定运行的角度，光伏电源不适宜并入线路末端节点，可以选择在线路中间偏末端的位置或位置组合；光伏电源在正常情况下，应尽量多发有功，保持高功率因数运行。参考文献[1]Study and Voltage Stability Analysis for Systemswith Distributed Generation[J]. IEEE on on PowerSystems.2006,263516-523.[2] Acharya, Pukar N. Mithulanantha.An analyticalapproachfor DG allocation in primary network[J].[3] 王志群，朱守真，周双喜，等. 分布式发电对配电网电压分布的影响 [J] ．电力系统自动化 .2004， 2816 56-60[4] 李新，彭怡，赵晶晶等. 分布式电源并网的潮流计算 [J] ．电力系统保护与控制 .2009， 3717 78-86.[5] 白茜. 分布式发电对配电网电压调整作用的机理研究 [D].华北电力大学硕士学位论文 .2006.（责任编辑刘艳玲）图 3 基准电压在 10.5 kV 时并入 PV后馈线电压分布图 4 光伏电源出力不同时并入 PV后馈线电压分布