分布式電源對配電網電壓影響仿真分析

周識遠，汪寧渤，丁　　坤，杜景遠，武　　剛

分布式電源對配電網電壓影響仿真分析

周識遠1，2，汪寧渤1，2，丁坤1，2，杜景遠3，武剛3

（1.甘肅省電力公司風電技術中心，蘭州730050；2.甘肅省風電并網工程技術中心，蘭州730050；3.國網山東省電力公司濟南供電公司，濟南250012）

分布式電源通常容量不大，故大量采用配電網絡接入的方式。配電線路上分布式電源總裝機容量的增加將使配電網電壓越限。在分析分布式電源對配電網電壓影響的基礎上，使用DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件搭建國際大電網會議組織（CIGRE）中壓配電網模型，分析分布式電源不同接入容量和不同接入位置對配電網電壓的影響規律。

分布式電源；配電網；饋線電壓

0　　引言

分布式發電（Distributed Generation，DG）作為一種嶄新的發電形式，在世界范圍內獲得了廣泛關注［1-2］。近年來，分布式發電在歐洲發達國家發展迅速，有些分布式發電裝機容量已接近或者超過總發電裝機容量的50%。我國也在《“十二五”能源發展規劃》中提出要大力發展靠近負荷布置的分布式風電、太陽能發電與天然氣發電，國家電網公司和南方電網公司也出臺了相關并網服務政策，為DG的接入提供了良好的基礎。

分布式發電的規模一般不大，通常為10 kW～100 MW，所用的能源包括天然氣（含煤層氣、沼氣等）、太陽能、生物質能、氫能、風能、小水電等潔凈能源或可再生能源；而儲能裝置主要為蓄電池，還可以采用超級電容器、飛輪儲能等。由于分布式電源通常容量不大，故大量采用配電網絡接入的方式。

可見，未來的電網將有大量DG分散接入中低壓配電網；未來的配電網將是DG高度滲透的有源配電網。傳統配電網絡多為單輻射型網絡，閉環網絡亦多開環運行，其潮流單向流動。而DG的接入改變了配電網結構，使傳統配電網轉變為有源網絡；其潮流將雙向流動，這將引起配電網節點電壓的變化，這種變化與DG接入方式密切相關［3-4］。

在分析分布式電源對配電網電壓影響的基礎上，通過使用DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件搭建CIGRE中壓配電網模型，仿真分析分布式電源不同接入容量，不同接入位置等對配電網電壓的影響規律。

1　　分布式電源對配電網電壓影響分析

傳統配電網絡多為單輻射型網絡，閉環網絡亦多開環運行，其潮流單向流動。圖1所示為典型的配電網中壓10 kV饋線。該饋線首端電壓為U0，饋線上有n個用戶，各用戶節點負荷已標明。

圖1　　配電網10 kV輻射型饋線

對圖1所示饋線，定義功率方向為從母線流向線路，當忽略線路損耗時，節點k-1和節點k之間的電壓差為節點k的電壓為

式（1）和（2）中用戶消耗的有功功率Pi和無功功率Qi都大于0，故節點k-1和節點k之間的電壓差大于0，因此該饋線上各節點的電壓都低于母線電壓且隨著與母線距離的增大而降低。為保證饋線遠端的電壓滿足電壓偏差規定下限的要求，一般采用提高饋線首端電壓和增加無功補償設備的方法。

當在節點k上接入分布式電源后，節點k-1和節點k之間的電壓差為式中：PDG-k為分布式電源發出的有功功率。

相應的節點k電壓為比較式（3）和式（1），可知：

式（5）說明當接入分布式電源后，節點k-1和節點k之間的壓降小于未接入分布式電源時的情況。

由于用戶功率因數較高且線路電抗較小，當忽略無功影響時，式（3）可簡化為

上述分析是針對單個分布式電源接入的情況，對于同一饋線，多個分布式電源接入的情況可按相同方法計算。分析說明分布式電源接入后，不僅要考慮饋線電壓滿足電壓偏差規定下限要求，也需要使饋線滿足電壓偏差規定上限要求。

由于分布式電源中光伏發電和風力發電的間歇性特點，當饋線總的分布式電源容量較大時，可能導致電壓越限。分布式電源的配電網電壓的影響不僅取決于其接入容量，還和其接入位置、電壓補償設備的配置和控制等相關。

2　　仿真分析

2.1仿真模型

仿真模型采用國際大電網會議組織專題標準C6.04.02的中低壓配電網模型［5-6］的中壓部分，該模型是歐洲研究分布式電源并網時所釆用的主要實驗仿真系統。

為適應中國配電網特性，對該模型做了適當調整，電壓等級采用10 kV，網供負荷為25 MW。

仿真模型在DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件中搭建。DIgSILENT可提供多種風機模型與光伏電池和儲能系統模型，其被廣泛應用于風能、太陽能及儲能裝置等新能源大規模接入電力系統的建模、仿真及分析研究。仿真模型如圖2所示，該模型系統由兩個子區域構成，本文的仿真使用節點1～11的子區域。

2.2DG接入容量對電壓的影響

要分析DG接入容量，需要固定DG的接入位置。仿真中選擇饋線末端節點11接入DG。

圖2　　配電線路仿真模型

一般為保證整個配電線路是嚴格吸收型的受端網絡，要求分布式電源的接入總容量要小于饋線總負荷［4］。隨著DG的大量接入，未來有可能出現接入總容量接近或超過負荷的情況，故仿真時選擇饋線總負荷的30%，50%，100%，120%的情況。節點11接入DG，功率因數取0.9，滯后。

圖3　　不同容量DG接入的節點電壓

仿真結果如圖3所示。DG的接入對饋線電壓分布的影響非常明顯。接入DG后，由于減少了饋線中傳輸的功率，以及DG產生無功的支撐，整體抬高了饋線的節點電壓。隨著DG接入容量的增加整條饋線的電壓水平都在提高，接入點甚至可能超過電壓偏差上限。

2.3DG接入位置對電壓的影響

通過改變單個DG在饋線不同位置進行了仿真。分別選取饋線首端節點2、中間節點8和末端節點11的位置增加DG，DG容量是饋線總負荷的40%，功率因數取0.9，滯后。

仿真結果如圖4所示，與不接入DG的情況相比，DG越接近系統母線，對饋線電壓分布的影響越小；DG接入在饋線末端的情況下，對整個線路的電壓影響越大。如果饋線末端的DG退出運行，饋線末端節點的變化幅度最大。

圖4　　不同位置DG接入的節點電壓

2.4不同功率因數的DG對電壓的影響

在保持DG接入容量、位置不變的情況下，僅改變功率因數比較了不同功率因數DG對饋線電壓的影響。功率因數分別取滯后0.8、滯后0.9、1、超前0.8和超前0.9。

圖5　　不同功率因數的DG接入的節點電壓

仿真結果圖5表明，不同功率因數的DG接入對饋線電壓產生不同的影響。滯后功率因數的DG接入對饋線電壓的改善要好于超前功率因數的DG接入。當滯后功率因數的DG接入時，DG不僅發出有功，還向饋線發出無功，所以對饋線電壓支撐強。當超前功率因數的DG接入時，其發出有功可以減少有功損耗，使電壓升高；但其同時吸收無功功率，將會使電壓降低，最終該DG接入點的電壓變化取決于這兩方面變化的和。

2.5多DG接入對電壓的影響

實際饋線中的DG接入絕大部分是多點分散接入，其對饋線電壓的影響與單點接入是不同的。仿真時將DG分別接入饋線首端、中間和末端，將其結果與同容量的單點DG接入的情況比較，結果如圖6所示。多DG分散接入的情況下，其饋線電壓的提升要高于不接入DG和饋線首端接入的情況，但低于在饋線中間和饋線末端接入的情況。相對于在饋線中間和饋線末端接入，多DG分散接入的情況下當某一個DG退出運行時，其對饋線電壓的變化相對較小。

圖6　　多DG接入的節點電壓比較

3　　結語

基于國際大電網會議組織（CIGRE）專題標準C6.04.02的中低壓配電網模型，使用DIgSILENT/ PowerFactory仿真了在配電網中接入分布式電源對饋線電壓的影響。結果表明，DG接入配電網會對饋線電壓產生重大影響，具體影響與不同的接入容量、接入位置、功率因數等有關。實際饋線的多DG分散接入對饋線電壓的支撐要優于單點DG接入的情況。

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Simulation of DGs Influences on System Voltage in Distribution Network

ZHOU Shiyuan1，2，WANG Ningbo1，2，DING Kun1，2，DU Jingyuan3，WU Gang3
（1.Wind Power Technology Center of Gansu Electric Power Company，Lanzhou 730050，China；2.Gansu Wind Power Integration Engineering Center，Lanzhou 730050，China；3.State Grid Jinan Power Supply Company，Jinan 250012，China）

Due to its small capacity，the DG is usually interconnected to the distribution network.With the increase of the total installed capacity of DGs，the distribution network voltage will be out-of-limit.Based on analyzing the DGs on distribution network voltage，the CIGRE medium voltage distribution network model is simulated using the DIgSILENT/ PowerFactory software.The influence law of the DGs on distribution network voltage is analyzed under conditions of different access capacities and access positions.

DG；distribution network；feeder voltage

TM744；TM73

A

1007-9904（2016）06-0018-04

2015-12-03

周識遠（1984），男，工程師，從事智能電網、新能源并網控制及可靠性分析相關工作。