光伏發電接入對配電網電壓質量的影響

王若昕，楊凱帆，謝 梟，沈丹青，何麗娜，陳汝科，黃 婧

（1.國網湖北省電力有限公司鐘祥市供電公司，湖北鐘祥 431900；2.國網湖北省電力有限公司沙洋縣供電公司，湖北沙洋 448200）

引言

為順應可持續發展的理念，可再生清潔能源逐漸登上了世界的舞臺。光伏發電具有發電靈活、污染少等優點，因此越來越多的光伏發電應用于電網運行，然而其不穩定特性可能會影響配電網的電壓質量，需要對其進行研究。

目前，國內外眾多學者對光伏發電并網進行了研究。文獻[1]對光伏發電進行了仿真建模；文獻[2]闡述了光伏發電的優缺點，并以某實際配電網為例，仿真計算了光伏發電對配電網繼電保護影響。以上述研究為基礎，本研究針對光伏發電介入對配電網電壓質量的影響，進行了建模及仿真分析。

1 光伏電源結構及并網典型方式

1.1 光伏電源結構

（1）分布式光伏電池組件

光伏組件是多個光伏電池通過連接線等串并聯連接而成[3]。由于單個光伏電池產生的功率有限，實際應用中常采用光伏陣列。

（2）逆變器

逆變器是分布式光伏發電系統接入電網，以滿足人們日常用電需求的關鍵設備[4]。其主要功能為將輸入的直流電轉換成交流電再輸出。

（3）控制器

控制器可以控制光伏發電系統產生能量的去向[5]。為了合理控制電池組的充放電次數，電流根據并聯光伏組件的工作電流選擇。

（4）蓄電池組

蓄電池可以存儲光伏電池組件在光照下產生的電能[6]。蓄電池種類繁多，主要有鉛酸電池、鎳氫電池等，其中鉛酸蓄電池是一種應用廣泛的蓄電池。目前，由于技術還不完全成熟，金屬氫化物鎳電池僅用于一些小型離網光伏發電系統。

1.2 并網典型方式

分布式光伏發電低壓配電網的典型接入方式及特點如下[7]。

（1）380 V接入公共電網配電箱

當光伏發電采取這種方式接入電網時，其接入容量一般不大于100 kW[8]。

（2）380 V接入公共電網配電室

采用這種接入方式時，接入容量一般為20 kW～400 kW。由于該模式并網容量大，不存在單相接入，在并網點安裝單相計量裝置即可。這種方法需要占用配電室或箱變的低壓出口開關。若預留位置不足，可能造成設備改造或新增而增加費用。這種方式一般由集體用戶應用[9,10]。

（3）380 V接入用戶配電箱

采用這種接入方式，其接入容量一般不大于400 kW。由于這種方法需要優先考慮用戶的內部負載，安裝地址受用戶的用電地址限制[11,12]。

（4）380 V接入用戶配電室

采用這種方式并網的接入點是用戶配電室，并且事先要在電網連接點安裝一個雙向計量裝置[13,14]。

2 光伏發電接入模型的建立

圖1為典型輻射狀n節點配電網模型。其中I為線路的長度，S為接入負荷，U0為首端電壓。

圖1 配電網模型

則兩節點的壓降為：

m節點的電壓值為：

設光伏電源額定功率為PPV，僅輸出有功功率，沒有無功功率。則光伏電源接入后m節點的壓降為：

3 仿真結果及分析

針對圖1模型進行仿真，設置節點數為10，配電網電壓等級為380 V，光伏電源接入前各節點電壓值如圖2所示。

圖2 各節點電壓值

在對不同電源接入容量進行仿真時，設置仿真參數。接入點選擇為節點5，接入容量選擇為8 kW、40 kW、72 kW，結果如圖3所示。從圖3可知，當光伏電源接入配電網時，節點電壓均有所提高，且隨著容量的增加，升壓效果也逐漸變大。

圖3 仿真結果圖

對上述數據進行處理，不同接入容量時各節點電壓幅值的數據如圖4所示。從圖4可以看出，隨著接入容量的增加，升壓明顯。對于相同容量的分布式光伏電源，節點1到節點5在其接入點之前，隨著其接近接入點，節點的電壓增量逐漸增大。

圖4 節點電壓提升幅度

對不同電源接入位置進行仿真，選擇在線路的前、中、后、末端節點接入，設置為2、5、8、10節點。結果如圖5所示。由圖5可得，光伏電源對整個配電網的電壓有升壓作用，無論線路在何處連接，都能清楚地看到線路各節點在其接入點前的電壓變化曲線基本一致，說明它們的升壓效果基本相同。

圖5 仿真結果

對上述數據進行處理，得到圖6所示的各節點電壓升高幅度變化。圖6顯示結果與圖4基本相同。

圖6 節點電壓提升幅度

綜上，電源接入位置離線路末端越近，對電壓質量影響越大，實際工程中常采用在中后部連接的方式。與此同時，當不改變接入位置時，接入容量越大，對電壓提升的影響越大。為避免出現超限情況，分布式光伏電源的容量應盡量與當地負荷相匹配。

4 結論

當光伏發電接入配電網時會產生電壓提升，并且接入位置、接入容量均為產生電壓提升的影響因素。