高渗透分布式光伏对配电网的影响

高渗透分布式光伏对配电网的影响

彭聪 张鹏飞

国网酒泉供电公司  735000

摘要

伴随着太阳能发电成本的逐步降低，配电网中的分布式光伏并网及部分区域的装机普及率不断提高，对配电网特别是农村配电网的安全稳定运行构成了严重威胁。高渗透率分布式光伏并网后，配电线路损耗增加，导致电网并点电压升高，给电网带来巨大的经济损失，进而威胁到客户的供电品质和电力供应的安全性。通过对电压抬升、线损等方面的研究，探讨了分布式太阳能发电系统对配电网络的影响，并通过对其功率特征的研究，提出了减少其接入问题的对策。

关键词：分布式光伏；电压抬升；渗透率

The Impact of High Permeability Distributed Photovoltaics on Distribution Networks

Abstract

With the gradual reduction of solar power generation costs, the popularity of distributed photovoltaic grid connection and installation in some areas in the distribution network is constantly increasing, posing a serious threat to the safe and stable operation of the distribution network, especially in rural areas. After high penetration distributed photovoltaic grid connection, the loss of distribution lines increases, leading to an increase in grid connection voltage and causing huge economic losses to the grid, thereby threatening the quality of power supply for customers and the safety of power supply. Through research on voltage rise, line loss, and other aspects, this paper explores the impact of distributed solar power generation systems on distribution networks, and proposes strategies to reduce their connection problems through the study of their power characteristics.

Keywords: distributed photovoltaics; Voltage rise; permeability

引言

分布式能源（DG）进入配电网络后，其原有的单一供电方式已由单一供电方式向分散供电的供电方式转变，从而对配电网络的电压、无功性能带来巨大的冲击。以风电、光伏等为代表的新能源的引入，不但打破了传统配电网络中的能量单向流动特征，而且由于电源的间歇性、波动性及不确定性，导致其电压波动更加显著，给配电系统的无功与电压调控提出了严峻的问题。分布式能源接入给现有配电网络的运营与管理提出了巨大的挑战，亟需在电网规划初期制定相关对策，并开展相关运营调控措施研究。通过对分布式电源系统中分布式电源系统渗透率提升后的电压、电流、损耗等方面的研究，阐明分布式电源对配电网络的作用机理，为分布式电源系统的电压调控提供理论依据。

1分布式光伏发电分类

本文将其划分为三种类型：一种是不接入电力系统，将所发电力直接提供给客户；第二种接入配电网络，所发电力以满足消费者消费需求为前提，多余的电力进入配电网络进行销售；第三种是接入到电力系统中，输出的电力可以通过配电网络进行销售，然后分发到消费者手中。图表显示了分散式光电设备的类别。

图1   分布式光伏发电分类

2高渗透率分布式电源对配电网影响

2.1对网损的影响

损耗是电力输送时损耗的能量，它的好坏直接关系到电力企业的效益。因此，开展配网损耗机理的研究，能够为减少配网损耗、提高供电企业效益，具有重要的科学意义和应用价值。电力系统中的潮流问题可以看成是一个由多个非线性方程组成的集合，一般可以简化为一个结点的能量方程的求解。线上的电力损失为：

（1）

式中，Sij和Sji分别为线路功率；yij为支路ij的导纳；yi0和yj0分别为节点i和节点j的对地电纳；Iij和Iji分别为线路电流。

配电网网络损耗与网络结构和潮流分布有关。因此，DG接入配电网后，

改变了配电网潮流的大小甚至方向，引起配电网网络损耗的变化。

2.2对载流量的影响

在图2中给出了一个单独的太阳能电池并网配电网络的简单结构图。在该模型中，该网络是一个具有 n个结点的放射形结构，并且在结点i上负载为 PLi+ jQLi；导线 Li上的电阻是 Ri+ JXi；馈线头端是电网中的一个均衡结点，也就是电压幅度为V0，而结点 i上的电压幅度则是 Vi；以 P为光伏并网点，其输出电压为 PV+ JQPV.下面的分析忽视了每条线的功耗。

图2 单光伏接入配电网的简化示意图

分布式电源接入配网后，将导致配网中的能量分配发生变化，从而导致系统内的电压波动。结果表明：在不采用分布式电源的情况下，馈线的最大线电流值发生在主馈处；随着分布式电源渗透率的不断增加，回抽功率的增加将会超出干线的容许安全电流，这时馈线上的最大线电流将发生在 DG接入点支路上。

2.3对无功潮流的影响

大量的无功传输将导致电网的电压品质下降，电网损失增大。在传统的配电网络中，由于感应电机、变压器等的无功损失和传输线的损失，而无功的供电方式则是发电机和无功补偿设备。分布式发电系统的加入会导致配电网络中的无功负载或无功功率的增大，导致系统中的无功功率发生幅度和流向发生了变化，从而导致了配电网络中的节点电压发生了变化。

2.4对节点电压的影响

以具有代表性的分布式发电系统——分布式发电系统为研究对象，对其在配电网络中的作用机制进行了研究。

在此基础上，对单一的太阳能电池并网配电网络的电压分配进行了分析。在该模型中，该网络具有 n个结点，并且该结点 i的负载为 PL+ JQLi；在锂导线上的阻抗为 R。馈线头端是电网中的一个均衡结点，也就是电压幅度为常数的 Vi，用结点 i上的电压幅度为 Vi；以 P为光伏并网点，输出电压为 Ppv+ JQpv。

对并网前和并网后的配电网络的电压分配进行了研究，得出了如下结论：

(1) 在光伏并网之前，馈线的电压从馈线前端开始向下逐渐减小，最终在整个系统中以终端电压为底。

(2)引入太阳能后，在并发点 P前的节点电压将出现3种情形：①若进入光伏电站，则从馈线前端开始，其上的电压将继续下降，而各个节点的电压相对于没有并网时有一定程度的上升；②在高渗透率下（例如：渗透率>30%)，从馈线前端开始，直到节点 k处的电压逐步下降，随后逐步上升到并联点 P处，且并点以下的电压值则不断下降，从而使并点处达到了本地电压的最高点；③随着接入的太阳能电池渗透率持续增加，馈线每一节点的电压都比馈线首端要高，并且有先上升后下降的倾向，馈线的电压峰值是太阳能电池并结点。

3降低分布式光伏线损解决方式

目前，我国已建成的屋面太阳能电站多为分布式光伏电站，若将其接入，则会引起配电系统电压波动和谐波污染等问题，而增设蓄能装置可以解决这一问题，提升其消纳容量，然而，由于储能装置和辅助装置的成本普遍偏高，可以通过建立“虚拟电站”来提升其在该地区的运行效率，减少其随机和波动性。

本项目拟以高渗透率分布式太阳能电站为研究对象，结合有源配网一体化规划方法，研究高渗透率分布式光伏接入条件下的配电系统，以减小和调控配电系统的损失；基于有源配网的分级分布式协同调控方法，对分布式太阳能的功率进行高效预测，并对其进行实时响应，并对其发展和运营进行优化。本项目以有源配电网为研究对象，利用有源配电网的整体优化能源管理方法，利用有源无功补偿装置、线路调压器、蓄能装置等积极措施，及时调整、优化和分配配电网中的能源。

结论

针对我国高渗透率分布式光伏接入带来的配电网络电能质量下降、网损不确定性等问题，通过建立统一的储能装置、建设虚拟电厂和加快有源配网建设等措施，提升分布式光伏消纳能力。在大规模的分布式光伏发电接入电网后，如何确定电网的交易价格，以及如何高效、及时地响应负荷侧的用电负荷需要进一步的研究。在分布式电源普及率较高的情况下，分布式电源的加入会增大电网的网损；最大线电流随时间的推移呈下降趋势，并逐渐增加，但并未超出系统的警戒电流。另外，整体上，缆线的电压等级比高架线要高，而损耗等级也低于高架线。

参考文献

[1]陈莎,张雪楠. 分布式光伏对配电网可靠性的影响研究 [J]. 光源与照明, 2023, (09): 126-128.

[2]雒秦光. 分布式光伏并网对配电网的影响及解决措施 [J]. 光源与照明, 2023, (08): 132-134.

[3]王亚. 分布式光伏并网对配电网的影响分析 [J]. 光源与照明, 2023, (08): 135-137.

[4]李家鹏,王邦一,赵川等. 基于RTDS模型的分布式光伏对配电网的影响分析 [J]. 电气开关, 2023, 61 (04): 51-54+58.

[5]周恒. 分布式光伏发电并网系统对配电网运行安全的影响及优化措施 [J]. 光源与照明, 2023, (07): 135-137.

[6]刘林. 分布式光伏接入对配电网继电保护的影响分析 [J]. 建筑电气, 2023, 42 (07): 15-19.

[7]吕超然,吕翔,张文瑶. 分布式光伏规模化接入对配电网的影响诊断分析 [J]. 农村电气化, 2023, (07): 61-65.