含分布式電源的配電網無功補償方法研究

李維鵬

摘要：隨著“既要金山銀山，又要綠水青山”的發展理念，綠色環保、清潔能源發電得到了快速的發展，分布式電源成為熱點。但分布式電源接入配電網后，配電網架結構和潮流分布都將發生巨大的變化。配電網無功補償可以改善電壓質量，同時還能降低系統網損，減少用電成本。研究含分布式電源的配電網無功補償優化配置對提高配電網安全穩定與經濟性意義重大。

關鍵詞：分布式電源;配電網;無功補償

一、分布式電源對配電網的影響

（一）對配電網潮流的影響

當接入分布式電源的負荷節點的負荷功率小于發出功率時，由于分布式電源的接入，潮流流向將會反向，即分布式電源的接入使網絡潮流反向。由于分布式電源的輸出功率不恒定，負荷也不恒定，所以潮流的方向也會出現變化。

（1）多電源供電問題

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

（2）潮流流向問題

配電網中，潮流流向都是由根節點流向末端節點的。當加入的分布式電源所發出的功率大于與之連接點的負荷功率時，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作負的正向潮流處理。

（二）對節點功率的影響

因為電力系統要求無功不能倒送，且無功補償不可投切或改變，所以要求在各節點所需無功功率最少時確定補償無功功率大小。當不投入分布式電源時，最小負荷方式下負荷無功一般最小;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荷方式下電網的無功功率需求，選取需求無功最少的負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）對配電網電壓的影響

正常情況，分布式電源的接入對配電網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）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絡有功損耗的影響

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

二、含分布式電源的配電網無功補償優化配置

（一）含分布式電源的配電網無功補償優化配置的數學模型

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

（1）全年網損費用和無功補償設備投資費用

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

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

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

在補償電容的費用上，應用單位容量的補償設備投資費用系數的概念，用Cci來表示，因為在補償時，取補償電容為整數，假設在i節點上補償電容容量為Qci，那么在i節點上的補償電容的費用為：

（2）資金的時間價值

根據經濟學等年值的概念，其現值 P 和等年值 C 的換算公式為：

將新增補償設備的投資費用折合為等年值的設備投資費 F2用后的表達式形式為：

（3）無功補償的約束條件

對補償后的配電網的要求，也即該問題的約束條件的要求包括：

（4）配電網無功補償優化數學模型

綜上所述，配電網無功補償配置模型如下;

在約束條件中，上標k=（1，2，3）分別代表最大，一般和最小三種負荷方式。

n：節點個數;

Qcimax：i點可新增電容器補償的最大容量。

（5）數學模型的求解方法

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

最小負荷方式下的數學模型為：

等式約束和不等式約束即為配電網數學模型中式（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荷方式下的目標函數變為：

其中等式約束和不等式約束即為配電網數學模型中式（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潮流計算問題的方法，而且該方法不會受到配電網中線路的電阻和電抗之比相差不大的問題影響。計算中，需先確定每一個負荷節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點電壓，然后返回計算潮流，對此過程進行反復運算，計算出所有支路的有功損耗求和，即為配電網的功率損耗。

三、結語

實際中，經過綜合考慮投資效果、電壓質量和降損效果，對多次優化計算的結果進行比較，選取出最為合適的補償方案。茌平配電網多措并舉，電網電壓質量得到明顯提高，有效地降低了網絡損耗，經濟性良好，截至目前茌平共并網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，嚴干貴，李泳霖，等新型多端輸入光伏并網系統運行控制策略.電力自動化設備，2017.

[2]葉滿園，官二勇，宋平崗.以電導增量法實現MPPT的單級光伏并網逆變器，2006.