分布式光伏发电对配电网供电电压的影响研究_翟文杰

４ ３４／２０１３收稿日期： 2013 － 04 － 10作者简介：翟文杰 （ 1 9 8 1 － ） ， 男， 研究方向为光伏发电技术及工程 。分布式光伏发电对配电网供电电压的影响研究翟文杰，李建泉，吴小云，管仁德，崔 坚（南车株洲电力机车研究所有限公司， 湖南 株洲 41 2 0 0 1 ）摘 要：分布式光伏发电并入配电网后将产生诸多影响。文章分析了分布式光伏发电接入放射式配电网前后负荷节点的电压分布特性，研究了分布式光伏发电输出功率变化引起电压波动的分析方法、评价指标以及接入不同位置对馈线电压变化的影响，进行了分布式光伏发电接入配电网的仿真，总结了分布式光伏发电接入配电网的运行特性。关键词：分布式光伏发电；配电网；电压分布；电压波动中图分类号：ＴＭ６１５；ＴＭ７１４．２ 文献标识码 ： ＡResearch on Impact of Distributed PhotovoltaicGeneration on Voltage in Distribution NetworkZHAI Wen-jie ， LI Jian-quan ， WU Xiao-yun ， GUAN Ren-de ， CUI Jian(CSR Zhuzhou Institute Co., Ltd., Zhuzhou, Hunan 412001,China)Abstract: It will bring a lot of impacts when grid-connected distributed photovoltaic generation on distribution network. This paperdescribes the voltage profile in radial distribution network within distributed photovoltaic generation, conducts a study on the analyticalmethods and evaluation index of voltage fluctuations caused by the output power variation of distributed photovoltaic generation, as well as theimpact of feeder voltage profile when distributed photovoltaic generation parallels on different locations. The simulation of distributionnetwork grid-connected distributed photovoltaic generation was provided to demonstrate its operating characteristics.Key words: distributed photovoltaic generation; distribution network; voltage profile; voltage fluctuation文章编号： ２０９５－３６３１（２０１３）０４－００４３－０５０ 引言近年来， 太阳能光伏发电因太阳能资源分布广、 建设周期短， 在可再生能源应用中的比重逐渐增大。 其中， 接入中低压配电网的分布式光伏发电 （ DistributedPhotovoltaic Generation， 以下简称 PV） ， 因其位于用户附近、 配置灵活、 可降低网损、 能提高供电可靠性等特点，具有较高的经济效益和社会效益。 为此， 财政部等部门于 2009 年联合出台了促进国内分布式光伏发电应用的“金太阳” 工程政策 [1] 。PV 引入配电网后， 使配电系统发生了根本性的变化 [1 － 2] ：从一个放射式无源网络变为分布有中小型电源的有源网络。 基于 PV 的输出功率具有间歇性、 波动性的特点， 从而使配电系统的控制和管理变得更加复杂。其影响主要有： （ 1） 配电网的规划、 运行 （如无功补偿、电压控制、 继电保护配合等） 彻底改变； （ 2） 配电网自动化系统和需求侧管理的内容和方法也需要重新加以考虑； （ 3） PV等分布式电源之间的控制和调度必须加以协调； （ 4） 与 PV等分布式发电有关的法律、 法规和行业规范需要妥善制定。 因而， 含 PV 等分布式电源的配电系统研究已成为电力科学研究的重点之一。本文开展 PV 对配电网稳态电压分布的影响机理和电压变化的规律的分析与研究。 基于放射式中低压配绿色能源与节能４ ４ ４／２０１３分布式光伏发电对配电网供电电压的影响研究电网络、 恒功率静态负荷模型和恒功率 PV 电源， 结合算例仿真， 分析 PV 并网对配电网稳态电压分布和电压波动影响的一般规律。１ 配电网、负荷和分布式 ＰＶ配电网的拓扑结构类型比较多， 主要包括放射式接线、 树干式接线和环网式接线， 其形式主要取决于对供电可靠性的要求。 我国城乡配电系统大多采用放射式结构， 因为这种结构具有接线可靠、 保护整定容易、扩充容易等优点。配电网中的负荷种类繁多， 随机性大， 包括线性负荷、 非线性负荷以及冲击负荷等， 较难准确地对负荷加以描述。 为便于研究， 本文采用恒功率静态负荷表示馈线上各节点的负荷， 并假设负荷三相对称。 因中低压配电网电压等级不超过 10 kV ， 配电线路长度一般不超过15 km ， 可以不予考虑三相线路互感。文中的 PV 是指位于用户附近， 所发电能就地利用，以 10 kV 及以下电压等级接入电网， 且单个并网点总装机容量不超过 6 MW 的光伏发电电源。 正常运行情况下， 其运行特性与恒功率电源运行特性相近。２ 对稳态电压分布的影响单个 PV 接入的配电网结构如图 1所示。 馈线上有 M个节点， 以系统电压 U0 为参考电压。 第 m节点的电压为￣Um(m=1, 2, … , M)， 负荷复功率为 Sm=Pm+jQm， 第 m条线路的阻抗为 Rm+jXm。 考虑 1个 PV在 p(1≤ p≤ M)节点并网，输出功率为 ， 并网点称为 POC（ point ofcoupling ） 点。传统配电网在稳态运行状态下， 沿馈线潮流方向电压逐渐降低， 电压分布情况由潮流分布决定。 如果电源注入功率或负荷消耗功率发生变化， 则各节点的稳态电压将相应变化， 产生电压波动或甚至闪变。 PV 本身的启停、 输出功率波动将影响配电网的供电电压质量。PV 发电量通常不稳定， 输出功率受日照和温度变化影响， 甚至会出现频繁启停的情况。 尽管按有关规定， PV不应主动参与配电网电压调节 [3] ， 但 PV 的接入必然会引起馈线中传输功率的大小和方向发生变化， 进而影响各节点的稳态电压分布 [4 － 5] 。２．１ ＰＶ接入前稳态电压分布配电网中馈线上各节点的电压向量图如图 2 所示，其中，为第 （ m－ 1） 节点和第 m节点电压向量的相角差，dU、 Δ U、 U 分别为节点电压变化量及其横向分量、 纵向分量， 第 m 段线路末端输送的功率为 。功率方向以节点流向用户为正， 反之为负。为便于分析， 令 U m=Um， 则：（ 1）（ 2）（ 3）对于电力线路， 一般有 U m+ Δ U m ＞ U m， 即可不考虑电压变动的垂直分量， 而有：Δ Um=Um－ 1－ Um （ 4）因用户消耗的有功功率 Pm 和无功功率 Q m 均为正值， 所以Δ Um>0， 即所有线路压降均大于 0， Um－ 1>Um， 馈线上的各节点越靠近末端， 节点电压越小， 第 m个节点的电压为：（ 5）２．２ ＰＶ接入后稳态电压分布2.2.1 POC点及其以前各节点电压变化当 0 Um，节点电压降低；当 时， 即节点 m及其以后所有负荷有功功率小于 PV 输出功率时， U m－ 1< Um， 节点电压升高。2.2.2 POC点后各节点电压变化即当 p