分布式光伏電源接入對配電網影響

黃瑤玲，楊 楠，劉 潯，萬 泉

（國網湖北省電力有限公司直流運檢公司，湖北宜昌 443000）

引言

分布式發電單元接入配電網后會改變原本配電網的結構，使原本的輻射狀獨立電源網絡轉變為雙重電源或多電源結構。光伏發電相較于傳統電源比較特殊，其具有隨機性強和波動性大的特征，同時還具有間歇性和不可調度性的特點。另外，配網中的負荷同樣具有一定的不確定性，整個系統中可能出現較為頻繁的反向潮流，以至于造成電壓波動、諧波等電能質量問題[1]。除了對系統電壓產生影響以外，光伏并網后整個系統的損耗也會相應地增加。而在配網規劃和設計之初，變壓器型號和容量的選擇是其中的關鍵一環，系統潮流和網損的變化會進一步造成變壓器選擇困難[2]。

針對上述問題，本文首先簡要介紹分布式光伏發電的原理及其結構，然后在此基礎上對光伏并網后系統的電壓分布情況進行了仿真分析。

1 分布式光伏發電系統的結構

分布式光伏發電一般采用就近選址原則減小光伏發電單元到負荷之間的距離，將光伏板安裝于距離負荷較近的配電網上。光伏發電具有較強的靈活性和較好的經濟性，光伏發電設備安裝簡單，省時省力[3]。

圖1展示了光伏發電單元的主要結構。光伏發電單元是由光伏陣列、直流控制器、逆變器和儲能裝置等有效連接組成的整體系統[4]。光伏電池板是將太陽能轉化為電能的關鍵設備，是整個系統的核心設備。直流控制系統和逆變器主要起電流控制的作用，它將光伏板發出的直流電轉換成交流電再上網給負荷供電。儲能系統能夠將一定限量的電能儲存起來[5]。

圖1 光伏并網結構圖

2 光伏電源接入對配電網電壓的影響

利用文獻[6]提供的計算模型，分別通過仿真計算，分析光伏發電單元的接入位置、運行方式以及容量對配網電壓的影響。

2.1 接入位置對配電網電壓的影響

采用單一變量的原則，在其他條件不變的前提下，在配網中的不同位置接入固定容量和功率因數的光伏電源，光伏電源容量S=4 MVA，功率因數cosφ=0.9，配網中各節點電壓的分布情況如圖2所示。

圖2 接入位置對配電網電壓的影響

由圖2 可知，在配網中距離負荷不同距離的位置接入光伏電源，各節點的電壓會有不同程度的升高。從配網中負荷側電壓穩定程度的角度來看，光伏電源接入位置越靠近線路末端，即距離負荷越近，負荷電壓受到電能損耗的影響越小。因此可以得出結論，在距離負荷近的節點并入光伏電源能夠適當補償線路末端電壓。

2.2 光伏接入容量對配電網電壓的影響

在其他條件不變的情況下，改變接入配網中光伏電源的容量，系統滯后的功率因數仍為cosφ=0.9，接入位置固定在距離線路首段4 km 處，此時配網中各節點電壓的分布情況如圖3所示。

圖3 不同容量的光伏電源4 km處接入后的配電網節點電壓分布圖

在其他條件與上述方案相同的情況下，改變光伏電源的接入位置，將不同容量的光伏電源接入點設置于距離線路首端8 km 處，此時配網中各節點電壓的分布情況如圖4所示。

圖4 不同容量的光伏電源在8 km處接入后的配電網節點電壓分布圖

比較圖3 和圖4 可以看出，接入配網系統中光伏發電單元的容量越大，配電網中各電壓節點電壓值水平越高。光伏電源接入位置附近的電壓補償最明顯，這種補償效果隨著接入系統容量的增加表現更明顯，且系統容量越大整個配網節點電壓補償越多。

2.3 系統運行方式對配電網電壓的影響

固定光伏電源的容量和接入位置，僅考慮不同運行方式下光伏發電單元對配電網的影響。光伏發電單元容量設置為4 MVA 不變，光伏電源的接入位置設置在距離線路首端4 km 處，此時配網中各節點電壓的分布情況如圖5所示。

根據圖5 所示的變化曲線，配電網中各節點電壓的數值受接入配網中光伏電源的運行方式影響較大。隨著系統運行方式由吸收無功到發出無功，配網中各節點電壓逐漸升高。光伏發電單元所輸出的無功進一步增大，配網中接入點的電壓會升高到最大值，整體的電壓升高幅度也會相對減小，最終呈現出穩定的趨勢。

3 結束語

光伏發電單元并網運行，對整個系統的電能質量提出了更高的要求。為研究配電網各節點電壓在不同條件下受到光伏發電單元的影響，本文首先闡述了分布式光伏發電系統的結構，然后分別對光伏電源接入位置、接入容量及系統運行方式對配電網電壓分布的影響進行仿真計算，為后續分布式光伏電源并網研究奠定了基礎。