光伏發電并網對地區配電網電壓分布的影響

葉麗娟

廣東電網有限責任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000

0 引言

光伏發電是新型發電方式，與環境的兼容性較好。分布式光伏發電是光伏發電中的一種，屬于獨立電源，且基礎設施建設周期較短，需要投入的資金和資源也相對較少，具有明顯的環保和節能特性。低壓側光伏發電并網后對配電網潮流計算研究和對配電網影響進行的量化分析，對解決光伏電源合理、安全并網的問題以及對促進光伏電源在智能電網中的發展具有重要作用。為此，文章以光伏發電并網對地區配電網電壓分布的影響為研究課題，展開詳細論述。

1 光伏發電接入位置、注入容量原理

光伏發電通過并網方式接入低壓配電網系統后，饋電線路處于均勻分布線路狀態。此時，設配電網的總有功功率為P，無功功率為Q，線路的節點數量為n，單位長度下的負荷功率為P0，兩個相鄰節點之間的距離為a，如果將容量為P1+jQ1光伏發電在m節點處接入配電系統，在不更改饋電線路其他參數情況下，配電線路任意節點x的負荷需要分為0～m以及m～n兩種情況。此時，對饋電線路中的有功功率展開計算，其計算式為

設定低壓配電網保持恒定電壓狀態運行，可利用如下公式計算配電網的線路損耗：

式中：U為恒定電壓。

饋電線路總損耗的計算式為

整理上述公式，可得

對m和P1分別求解偏導數，且令偏導數等于零，可得

求解上述方程，可得

由此可得，光伏發電單獨并入低壓配電系統時，接入位置需要控制在電源側的2/3節點處，此時需要消耗的線損最小；而光伏發電對低壓配電網注入容量時，數值是配電系統線路總負荷的2/3，即線損最小[1]。

2 網損最小理論

為了確保優化低壓配電網與光伏發電并網結構，對原本的網損最小理論進行調整和優化，使上述理論及公式能夠滿足多節點并入配電網的要求[2]。為了滿足光伏發電多節點并網低壓配電網系統的注入容量與接入位置測驗要求，構建穩態模型，保證接入光伏發電系統后低壓配電網的其他參數不發生改變。此時，可利用下述公式計算節點電壓與線損之間的關系：

根據上述計算公式，了解到ΔP和ΔU成正比，如果ΔU逐漸減小，那么ΔP也會隨之減小，反之則越來越大。因此，在多節點并入低壓配電網系統情況下，光伏發電的節點電壓值與u線損成反比，此時為了控制線損達到最小，可選取線路節點電壓最大值的節點支路作為接入點[3]。

根據網損最小理論，學者們開展了大量線路功率計算試驗，發現在原本的網損最小理論中需要對線路進行有功補償，但該種方式對低壓配電網節點電壓的提升效果并不明顯，無法穩定電力系統[4]。因此，可將有功補償轉變為無功功率補償，以保證配電網系統運行的穩定性。

3 光伏發電并網對地區配電網電壓分布影響的案例分析

根據前文所表述的網損最小理論，選擇某光伏發電并網案例為研究對象，借助IEEE 33節點配電系統對網損最小理論展開驗證分析。已知此次選擇的配電系統母線電壓為10.5 kV，收斂要求精確到0.000 1。

3.1 光伏發電單節點并網同時無功補償

在光伏發電的運行狀態不發生改變情況下，將選擇的IEEE 33節點配電系統進行調整，使該系統等效成一條線路，修改后的線路等效節點圖如圖1所示。

圖1 線路等效節點圖

根據2/3理論，可以對光伏發電系統中的8個節點均并入配電網后的注入容量進行計算，得出計算結果為2 510 kW，此時可得配電網中的無功補償點達到28個節點，補償注入容量則是1 530 kVA[5]。對IEEE 33節點配電系統展開潮流計算，可得配電系統各個節點的電壓值情況，如圖2所示。

圖2 單PV并網后各個節點電壓值分布

從圖2可以看出，經過調整的IEEE 33節點配電網系統在各個節點方面的電壓值均有明顯變化，電壓有大幅提升，變化后的節點電壓值均超過10.17 kV，證明經過調整后的IEEE 33節點配電網系統運行更加穩定，電壓值滿足系統穩定性要求。電壓值整體曲線幅度變化相對較小，該情況使不同節點電壓值的曲線更顯平滑。可見，經過調整以后，配電網的線路電壓已經得到明顯改善，在網絡損耗方面也有明顯控制，能夠達到降低供電成本的目的，讓配電網的經濟效益有所提升。

3.2 光伏發電多節點并網

根據前文所討論的理論內容，針對IEEE 33節點配電系統的各個支路接入PV位置以及注入容量展開計算，發現3～22支路的PV接入位置為21，注入容量為340 kW，而4～25支路的PV接入位置是25，注入容量為620 kW，4～8支路的PV接入位置是8，注入容量是660 kW，8～16的PV接入位置是14，注入容量是350 kW，8～33的PV接入位置是31，注入容量是610 kW。實際上，IEEE 33節點配電系統本身并不是等負荷分布狀態，因此各個支路的PV注入容量相加也僅為有功總負荷的2/3。對配電系統進行潮流計算，可得不同節點的電壓值分布情況，如圖3所示。

圖3 多PV并網后各個節點電壓值分布

從圖3可以看出，當多個節點并網注入配電網中以后，配電網各個節點的電壓值均有明顯變化，處于穩定提升狀態，尤其是8～16節點支路以及8～33節點支路，電壓提升幅度最為突出。與原本的配電網系統電壓分布狀態相比，在多個節點注入后，配電網的電壓曲線逐漸趨于平緩，電壓值的變化幅度明顯減弱。根據電力系統的規定顯示，在配電網的線路中，電壓浮動范圍需要在9.975～11.025 kV，才能確保配電網運行更加穩定。但是，從圖3的信息可知，有兩個節點支路的電壓數值并不在規定范圍內，可見，在多節點并入配電網的情況下，IEEE 33節點配電網系統的節點支路電壓值無法滿足穩定電力系統的需求。

4 結束語

總體來說，在光伏發電接入配電網的情況下，經過節點電路調整，合理布置接入位置和控制注入容量，能夠滿足網損最小理論的觀點，并成功改進配電網的負荷能耗。