節點電壓約束下多分布式電源接入的配電網極限容量研究

凌曉峰

摘 要：隨著分布式電源在配電網中的滲透率越來越高，分布式電源對配電網的影響及配電網分布式電源接納能力越來越引起人們的關注，本文從配電網節點電壓方面出發，分析了分布式電源接入配電網引起電壓越限的問題，進一步采用遺傳算法計算了多個分布式電源接入配電網的極限容量。

關鍵詞：分布式電源；電壓越限；遺傳算法；極限容量

1 分布式電源概述

1.1 接入配電網的分布式能源發電類型

分布式能源發電的應用多以分散的形式接入配電網運行，它們的接入會讓配電網從傳統的功率接收端轉變為功率的發射端，使得整個網絡轉變成一個有源網絡，各個分布式電源會對電壓產生抬升的作用，其發出的有功會影響到配電網的潮流分布，而無功將會直接影響接入節點的電壓，都可以對潮流的流向產生重大的影響，不僅如此，配電網大滲透率地接入配電網還會對配電網的繼電保護，網絡損耗，電能質量提出挑戰。

分布式能源發電高滲透率接入會對配電網產生不良影響，如節點電壓越限，支路載流量越限，短路電流越限定，電能質量降低，可靠性降低，保護出錯等。

1.2 我國的分布式電源接入標準

在2010年和2011年，我國的國家電網公司先后頒布了針主動對配電網中分布式電源的系列標準，包含Q/GDW 666-2011《分布式電源接入配電網測試技術規范》等三項企業標準，這三項標準主要適用于十千伏以下的電壓等級的配電網接入得到分布式電源。除了針對各種類型DR的統一標準之外，國內還發布了一些針對具體DR形式的并網標準，如GB/T 19963《風電場接入電力系統技術規定》，Q/GDW 617《光伏電站接入電網技術規定》。

2 配電網分布式電源的極限容量研究

2.1 鏈式網建模

在此，本文將分布式電源當成具有恒定功率因數的PQ節點，在數值考慮上直接將其設定為負的負荷，并且可以假設分布式電源直接接在負荷節點之上，且功率因數為1，即工作在單位功率因數的工況下。

對于一個20個節點的鏈式網建模：

基準電壓10.5KV，基準容量為10MVA：并且在第20個節點上裝設了一個DR。參數設置如文獻[3]算例。

根據潮流計算公式

可以得出該鏈式網的電壓降落，同時考慮電壓波動

U2為DG之后的各個節點的電壓數值，U1為不接入DG的沿線電壓值，根據上式可以做出各個節點的電壓波動情況。

分析可知：（1）分布式電源對線路的電壓會有良好的支撐效果，隨著分布式電源的滲透率提高，該效果越明顯。（2）電壓波動最劇烈的點在分布式電源裝設地點，由上圖可以知道，當分布式電源為基準容量的0.3倍的時候，電壓波動已經超過了國家規定的2%。（3）當接入配電網的分布式電源大到一定程度之后，線路的潮流將會改變，使得節點的電壓升高，甚至超過限定值。

因此分布式電源對電能質量最惡劣的影響應該是接入線路末端的情況。

2.2 多電源接入的線路極限容量

2.2.1單電源接入的極限容量

對于單電源的極限容量 可以采用上一節使用的爬山法求得單個電源的極限容量，即：使單個電源的功率從0開始累加，然后每累加一次求一次饋線上的節點電壓，若沒有越限，則繼續累加，直至累加到某一節點電壓超過電壓規定值時，前一迭代次數的功率值即為電源的最大功率。

2.2.2多電源接入的線路極限容量

本文利用遺傳算法來計算多個分布式電源的最大功率的求解。

在此本文假設：

（1）分布式電源處于單位功率因數狀態。（2）由于是求極限容量，因此宜假設整個線路的負載處于輕載狀態，假設此時的線路負載為前例的十分之一。（3）假設有三個分布式電源連接在節點5，節點10，節點15上。（4）每個節點的分布式電源有上限，上限設定為標幺值1，實際的最大值為10MVA。

因此該問題就轉變為：求出在電壓越限為約束條件的情況下的三個電源的功率之和的最大值。

其等式約束又被潮流方程自動滿足，約束條件如下：

在滿足電壓越限約束條件之下，選取最大的功率值，交叉概率取0.85，變異概率取0.05，染色體長度為75，種群數量為30個，迭代次數250次。

最后可以得出三個分布式電源的容量：

可以得出幾個結論：

（1）本文建立的考慮靜態安全約束的分布式電源準入容量的數學模型及其優化算法能夠方便的確定分布式電源的準入容量。（2）分布式電源接入配電網之后對配電網的影響是復雜的，在每個節點負載相差不大的情況下，應該先使線路前端的分布式電源滿載發電，這是因為越往線路末端，該電源對線路的影響就越大。（3）分布式電源的極限容量跟每個節點的負載關系密切，節點負載高，則可以提高該節點的入網功率。

3 不足與展望

本文的研究內容限于分布式電源處于單位功率因數的運行狀態之下，實際上，盡管電網公司不要求低壓配電網中的分布式電源參與有功頻率調整和無功電壓調整，但是隨著分布式電源的滲透率不斷地提高，分布式電源開始在配電網中扮演越來越重要的角色。

參考文獻：

[1]李清然，張建成.含分布式光伏電源的配電網電壓越限解決方案[J].電力系統自動化，2015，39（22）：117-123.

[2]沈鑫，曹敏.分布式電源并網對于配電網的影響研究[J].電工技術報，2015，30（S1）：346-351.

[3]王志群，朱守真，周雙喜，黃仁樂，王連貴.分布式發電對配電網電壓分布的影響[J].電力系統自動化，2004（16）：56-60.