分布式發電對配電網電壓的影響研究綜述

張　寧

(青島大學 自動化與電氣工程學院，山東 青島 266071)

0　引　言

目前全世界的供電系統主要采用集中式單一供電方式，但隨著用電需求規模的不斷擴大，集中供電系統的環境破壞、資源浪費、可靠性差等缺點日益突出。人們逐漸重視分布式電源的發展，其一般直接接入到配電網中，能夠對用戶進行高效、清潔、經濟的供電。分布式電源高效、穩定的特性讓電網日益趨于智能化，逐漸增加了電能資源的利用率，避免了資源浪費。近年來，大量的分布式電源并入到了配電網中，其滲透率也在逐步增加，對配電網尤其是配電網電壓方面造成了諸多影響。國內外學者就分布式電源對電力網絡的電壓影響和其電壓優化控制方法進行了大量的研究，對我國今后分布式電源的快速發展具有重要的現實意義。

1　分布式發電對配電網電壓的影響因素

隨著分布式電源滲透率的逐步增加，產生了諸多電能方面的問題，如電壓波動和電壓閃變。世界各國在分布式發電方面開展了廣泛研究，學者們全面分析了其對配電網造成的電壓影響。分布式發電對配電網穩定運行的影響因素，可以歸結為下列幾點：

(1)分布式電源接入位置的不同

運用Matlab仿真軟件對不同接入點進行仿真分析，根據仿真結果得出，分布式電源在配電網中接入點的不同，對系統中電壓分布所產生的影響差別較大。當DG越來越靠近系統母線時, 其對電壓分布所產生的影響也越來越小；當DG接到線路中的末節點時, 將提高該節點局部的電壓，甚至可能超出額定電壓，嚴重制約了用戶日常生活；而且此位置的分布式電源從運行中退出，將使線路末端的電壓產生較大的變動，從而產生了電壓閃變等一系列的問題。DG接入到饋線中間時將在線路中間產生較大局部電壓。通過仿真研究發現，將分布式電源接入到末節點會產生諸多弊端，因此可以將其接入到線路中間的位置或位置組合[1]。

(2)分布式電源容量的不同

將分布式電源簡化為恒功率的靜態模型。通過理論和仿真分析，采用疊加原理來計算饋線中的電壓分布，計算得出未接入和接入DG時配電網饋線中的電壓分布。當接入的DG容量變大時，各個節點中電壓會被抬升很高，電壓改善的效果也更為顯著。如果接入的DG容量過大，將引起功率倒流，局部電壓在DG并入處最高。如果接入的DG容量不斷增大，超過一定程度，電壓水平會超過國家電網所限定的范圍，從而會發生電壓越限。發生這種現象時，應采取降低分布式電源的容量等方式，以保證線路上的電壓平穩。

(3)分布式電源的滲透率

DG的滲透率和接入點都直接影響著線路中的電壓分布。當DG接入點不變時，其滲透率能夠決定電壓支撐，當滲透率越來越高時，它對電壓支撐的作用則越來越大，因此電壓分布也將越來越高。當DG逐漸靠近系統末端時，線路中的電壓受其滲透率的影響也會越來越大，當其逐漸靠近系統母線時，線路中電壓受其滲透率的影響也將會越來越小。考慮到滲透率對電壓分布的影響，應作出合理的規劃，從而保證線路能安全穩定高效的運行[2]。

(4)分布式電源的功率因數

發電方式的不同決定了DG的功率因數不同，其功率因數超前或者滯后對配電網的電壓分布會造成不同的影響。將DG的容量和接入點固定，改變其功率因數，對電壓分布的影響通過仿真進行分析。當其功率因數從超前到滯后時，分布式電源將由無功負荷變成了無功電源，饋線中無功功率不斷下降，電壓的損耗也在下降，電壓不斷升高。將超前和滯后的分布式電源進行比較，會發現功率因數超前的DG對電壓分布所產生的影響較小，而功率因數滯后的DG產生的影響較大[3]。

2　配電網電壓優化控制方法

(1)改進的模擬退火優化算法

由于遺傳算法擁有的局部搜索能力比較弱，卻具有較好的搜索總體能力；而模擬退火算法搜索總體水平相對較弱，大大限制了其運算水平，因此可以把這兩種方法進行結合，取各自優點進行相互彌補，從而研究出了更為高效的算法——模擬退火優化算法。在初始種群的生成方面，改進了適應度的計算，通過選擇、交叉、變異等操作，并對多目標函數的優化問題采用了自適應權重和方法。 改良的模擬退火遺傳算法可以收斂于全局最優解，而且其收斂速度以及收斂穩定性也不斷得到提升。利用變壓器分接頭和 SVC 綜合調節電壓，并且采用改進的模擬退火優化算法，將有效減少系統中所產生的網絡損耗，使線路中的電壓分布得到改善，對提高電能的質量起到較好的作用，并且提升了運行中的經濟性[4]。

(2)MPC電壓優化控制

分析配電網中DG對有功、無功電壓所進行的調節，研究出了一種采用模型來預測未來一定時間內的變化來對電壓進行優化控制。運用計算得出各個節點的電壓靈敏度，然后構建每個節點電壓的預測模型，提前獲知每個節點電壓的波動情況，并且根據MPC的滾動優化和反饋修正的能力，能夠在極大程度上限制DG的隨機波動性對配電網電壓所產生的影響，從而可以對電壓實行更好、更經濟的控制，為以后DG接入電網中對其電壓進行控制提供參考[5]。

(3)DEIWO算法無功優化

入侵雜草算法是一種簡單而高效率的智能優化算法。與其他算法相比，它擁有不錯的隨機性和自適應性，并且其結構比較簡單、收斂速度很快，所以該算法在多個領域中得到推廣，而且得到了比較好的反響。但該算法也容易導致局部的最優和收斂的精確度較低等一系列缺點，所以運用了差分進化算法加以改進。以IEEE33節點的系統對其進行仿真，通過分析得知，運用DEIWO算法進行優化，使節點的電壓水平獲得了有效提升，但與此同時并沒有發生節點電壓越限的情況，系統電壓的水平也基本上接近系統的額定電壓。

3　結　論

本文介紹了分布式電源影響配電網電壓的主要因素，給出了對配電網電壓所進行的優化控制方法。在分布式電源逐漸規模化、產業化的今天，在對其面臨的問題進行分析的基礎上，與我國目前電網的現狀相結合，提出了合理的建議，為我國以后分布式電源的快速發展和智能化電網的構建提供借鑒。

參考文獻：

[1]裴曉娟,王倩,金英博. 分布式發電對配電網電壓的影響[J]. 電力學報,2010,25(06):480-483.

[2]李鵬,張惠娥. 分布式電源對配電網電壓的影響[J]. 陜西電力,2012,40(12):30-35.

[3]蔣毅. 分布式電源對配電網電壓影響及優化配置研究[D].成都：西南交通大學,2012.

[4]程美興,鄒楊,陸海東. 含分布式發電的配電網電壓優化的研究[J]. 南方電網技術,2013,7(02):59-63.

[5]肖浩,裴瑋,鄧衛,孔力. 分布式電源對配電網電壓的影響分析及其優化控制策略[J]. 電工技術學報,2016,31(S1):203-213.

[6]呂忠,周強,蔡雨昌. 含分布式電源的DEIWO算法配電網無功優化[J]. 電力系統保護與控制,2015,43(04):69-73.