分布式光伏接入配網對電壓的影響及措施

張春祥，張艷

（1.國家電網山東省電力公司冠縣供電公司，山東聊城，252000；2.國家能源聊城發電有限公司，山東聊城，252000）

0 引言

當前由于化石能源的過分采集導致其已經面臨瀕臨枯竭的情境，發展新型能源來替代傳統能源已經迫在眉睫。光伏發電由于其來源的可持續和分布的廣泛性而成為日益重要的一種能源獲取方式[1-6]。山東省某地區是國家規定的新能源發電的試行地區，在太陽能發電和生物質能發電等新能源發電方式上都取得了突破。太陽能發電又是其中的重點項目，因此深入研究分布式太陽能發電對電網的影響，為以后進行大規模鋪設提供實驗參考數據具有重要意義[7-9]。

本文首先研究了分布式光伏接入配電網后對整個用電電網電壓的影響，并根據實際情況提出了解決電壓超限的措施建議，使電壓保持在可偏差范圍內。本文研究成果對新能源發電方式的有效開發利用，推動新能源發電項目開展，保護人民財產安全具有重要借鑒意義。

1 光伏發電接入時電壓的計算方法

圖1 為多個分布式屋頂光伏發電接入的低壓線路負荷分布。由圖可知，在線路中絕大多數的使用者都部署含有屋頂的光伏線。

圖1 多光伏發電接入線路負荷分布

將全部光伏發電接入線路中，與此同時，我們不考慮無功功率的影響，此時對應的第m為使用者位置上的電壓值是：

需要額外注意的是，若能夠推出U m?Um?1<0，即線路上第m位使用者及其后方位置上的全部功率之和大于線路上總的功率之和，電壓降低；若，能夠推出即線路上第m位使用者及其后方位置上的全部功率之和小于線路上總的功率之和，電壓升高。線路上的最高電壓視具體項目而定，其數值應該小于電壓偏差規定的最高點電壓Umax。

2 光伏發電引起東阿縣配電網電壓的變化情況

■2.1 測試線路的組成結構

為了能夠客觀地研究區域內不同供電所內光伏發電申請數量差別較大，為了研究光伏發電接入后，0.4kV配網電壓的變化規律，按照單一變量的原則，初步選擇了一個地理位置跨度較大、申請數量差別較大的供電所。根據圖2我們可以得到其采用的具體接入以及并網設計細節。

圖2 分布式電源接入10KV配電網

選定了處于該地區西部用電較為集中且數值為10kV的商業區域。該區域包含的線路總長為9km，線路型號為LGJ-300mm2，線路電壓等級10kV，該系統總有功負荷5.9MW，總無功負荷3.29MW，功率因數0.9，線路每千米阻抗Z=0.08+j0.25Q。具體該線路的分布示意圖如圖3所示。

圖3 監測布點示意圖

■2.2 電源接入線路電壓的變化

(1)光伏電源接入容量的影響，圖4為線路電壓受到對應電容量的具體影響。每個光伏發電容量為 0.0065MW時，末端電壓為406 V。其中當使用者將其調至峰值時，在整體結構固定的條件下，此時每位使用者最大程度可以接受電容量是0.0065MW，而線路上7位對應的總電量是0.052MW。

圖4 不同容量光伏發電分散接入后的線路電壓

(2)光伏電源接入不同用戶（位置）的影響，圖5代表的是將總容量0.05 MW平均分散接入7位使用者，線路電壓變化曲線和集中接入時線路電壓變化曲線的比較。可看出，分散接入的方式可以導致電壓升高，此時上升的具體數值要介于線路末端與初始端對應的電壓上升值之間。

圖5 總容量為0.05MW的光伏發電分散接入和集中接入不同用戶后的電壓

3 分布式光伏發電接入時的實際方案研究

■3.1 措施I-末端補償電抗器補償

圖6 表示的是針對所監測的每戶在接入0.01 MW 光伏發電造成電壓越限情況。當選取最小的補償容量即為0.03 Mvar時，用戶線路末端的電壓能夠達到404 V，此時整條線路上各點的電壓都能夠符合國際標準的要求。在滿足所需要求的情況下，選取小一點的補償容量即可。

圖6 采用電抗器補償后的電壓變化情況

■3.2 措施II-中央主控+逆變器無功功率控制

根據實際情況，我們分別選擇兩種不同策略，依次計算各自對應的無功功率。具體方案如下：

(1)逆變器控制方案I。采用方案I時，每2個用戶之間的電壓差為：

由Um+1?Um=0可以得到各個逆變器理論上對應的無功功率值QU1=QU4=QU7=0.023Mvar，QU2=QU3=QU5=QU6=0.021 Mvar，利用曲線如圖7所示。

(2)逆變器控制方案II，控制線路末端的電壓不超過Umax。在第2種情況下，按照前面所提到的策略，首先將其余7位使用者逆變器輸出的無功功率設定成0.0058Mvar，總容量是0.043Mvar。

從曲線圖7中分析可知，在此策略下，逆變器對應的電壓值穩定在380V左右時，此時對應的無功功率可以大幅度降低，各用戶獲得的電壓值也均可滿足相關要求。

圖7 采用逆變器控制方案I、方案II后的電壓變化情況

■3.3 措施III-安裝儲能裝置

圖8 為在各用戶成功接入0.01 MW的光伏發電后，6個用戶的電壓在所監測的20小時內的變化情況（由于監測時監測設備的故障，7號用戶數據不完整，故對1-6號用戶進行分析）。由圖8可以看出，在所監測的6個用戶中，6號用戶的電壓值最高。而且在光伏發電接入后的8~16小時的時間段，6號用戶的電壓超出1.03 pu。因此，可以在8~16小時內控制各自的出力值均保持在5kW不變，則此時總計可以存入電能可達34kW·h，以上后備能量能夠在出力減弱的時間體現作用。

圖8 分布式光伏接入后用戶的電壓與時間的關系趨勢

圖9 代表了多個光伏發電接入并且加入儲能裝置后，各用戶線路上的各點電壓在所監測的時間段的變化曲線。通過圖9可以看出，在本次所監測的20小時內，線路中所有用戶獲得的電壓值都能夠滿足我們的要求。

圖9 裝有儲能裝置的光伏接入后用戶的電壓與時間的關系趨勢

4 結論

本文以山東省某地區采用的光伏發電技術為研究對象，探討了光伏發電對電網電壓的影響因素，并對光伏發電接入后電壓越限問題提出解決措施，得到以下結論。

(1)將光伏發電技術引入配電網后，在一定程度上可以提升線路中的各點電壓。

(2)相同容量光伏發電，分散接入的方式可以導致電壓升高。光伏發電容量較大時，易導致電壓值超出規定負荷。

(3)通過安裝一定量的儲能裝置，可以借助該裝置儲存無法完全利用的電能，能夠對電壓波動起到緩沖、抑制作用。