含分布式电源的配电网电压调整策略分析

含分布式电源的配电网电压调整策略分析

刘勇

（国网西安供电公司陕西西安710032）

摘要：文章结合分布式电源接入对配电网电压带来的影响，以某电网含分布式电源电网为例，通过分析分布式电源出力、小水电功率因数、无功补偿、变压器抽头等方面具体分析含分布式电源对配电网电压的影响，并结合实际对配电网电压的调整策略进行分析。

关键词：含分布式电源；配电网；电压；影响；调整策略

分布式电网是光伏发电并网系统的重要组成部分，具有规模容量小、接入电网电压等级较低等特点，将其应用在配电网中能够影响电压的稳定性。在社会经济的不断发展下，人们对电力需求提升，社会发展所需要的电能负荷也得到了快速的增长，电力设备应用趋于一种极限发展状态。在含分布式电网接入到配电网之后，配电网也开始由原来的辐射结构转变为电源结构，改变了电力系统原有的电压分布、原来系统运作，对电力系统的稳定运行也造成了深刻的影响。为了能够更好的促进配电网稳定运行，文章结合含分布式电源对配电网电压的影响，结合实际探究针对影响的策略。

一、含分布式电源接入配电网系统的建模

（一）含分布式电源发电并网系统

含分布式电源并网系统主要由太阳能天池、逆变器和控制系统共同组成。控制系统能够实现对最大功率点的有效跟踪定位。含分布式电源发电系统能够应用分散的太阳能资源。在一般情况下，只需要接入35kv的电压电网就能实现操作。和集中光伏发电并网系统相比，含分布式电源发电并网系统具有资金费用少、建设周期短、适应性强等方面的特点，具有广阔的发展前景。

（二）含分布式电源发电并网系统和配电网的结构参数信息

选择某地区的实际配电网系统结构为例，系统总共有一个含分布式电源和七个负荷，负荷总计7.5+j2.47mva。系统操作的时候一共有把条线路。光伏电源的有功出力是3.8mv，额定电压是0.315kv，经过升压变压器之后接入到相应的10kv配电网中。含分布式电源发电并网系统和配电网的结构具体如图一所示。

图一：含分布式电源发电并网系统和配电网的结构

（三）基于PSAT的连续潮流原理（CPF）分析

P-V曲线（鼻形曲线）是一种基于电压稳定的静态化电压稳定分析工具，常常被人们应用于对电力系统结构和电压性能的分析，P是线路传输功率，V是节点母线的电压。从总体上看，P-V曲线表示了电力系统节点电压和负荷功率之间的关系问题，能够对连续性负荷变化下的节点电压进行反映。F（x，ｙ）=0，在式子中fR0，向量x是系统所有节点的母线电压，xR0，参数是某一时刻母线节点处负荷吸收的有率和基态有功功率的比值。系统的稳定平衡点应用x（）代表位置随着参数信息的变化也会发生相应的变化，在参数变化到一个极限值的时候，稳定平衡点在参数极限处会发生分岔的情况。当电力系统电压不稳定的时候，稳定平衡点和不稳定平衡点在鞍结分岔点重新合并或者消失。

二、分布式电源对配电网电压的影响机理

（一）分布式电源对配电网并入点电压的影响

低压配电网的基本结构状态是放射性状态，分布式电源在接入到低压配电网之后，其运行会直接影响低压配电网，体现在电压的起伏和波动，会对整个电网运行和用户对电力的需求产生深刻的影响。同时，分布式电源在配电网中的接入也会增加区域配网的短路现象，加强了电力系统的电压强度，进而减少区域内配网电压波动现象的发生。在分布式电源上进行系统简化之后的示意图如图二所示。当分布式电源注入功率改变时，线路上的电流产生AL的变化，结合图二的布式电源并入配网的系统简化图能够计算分布式电网接入电网或是发电时候的波动，具体计算如公式（1）所示。由此可以发现，分布式电源并入点电压变化和以下几个因素有关；第一，/决定了分布式电源注入的有功功率和无功功率对系统影响程。第二，短路容量决定椭圆的大小，并和电压的强度呈现反比的关系。第三，网络电压决定圆心位置和圆的大小，一般是通过改变变压器接头的方式来对其进行控制。第二，分布式电源注入的功率大小决定Vbus2的大小和相位。分布式电源并入点电压变化相量图具体如图三所示。图三中的平行分量和垂直分量分别可以表示为（2）、（3），整理之后得到（4）。

（二）分布式电源对配电网电压分布的影响

分布式电源接入到配电网络之后，电力系统潮流改变了从电源流向负荷的单向过程，而是在轻微负荷的作用下，潮流方向会专项配电系统，同时也改变了馈线的压降方向，容易出现用户测电压上升的现象。分布式电源在配电网中的接入还能够实现配电网更长的送电距离。分布式电源接入到配电网之后，区域配网及其电压分布情况具体如图四所示。假设某一个单馈线配网系统负荷沿馈线呈现了均匀分布的局限，它的有功潮流和无功潮流将会线路长度的增加而相应的减少，在距离馈线长度是d的时候，单馈线配网系统有功潮流和无功潮流可以表示成：Pd=Po（1-I/d）、Qd=Qo=（1-I/d）｝（Po和Qo分别代表的是馈线首端的有功和无功潮流值，Ｉ是线路的总体长度）单馈线配网系统沿馈线有功、无功潮流分布如图五所示．

（三）分布式电源接入到配电网之后的配电网电压影响的仿真分析

1、分布式电源并入、切除对配电网电压影响

根据IEEE33节点电力系统来进行分布式电源接入到配电网之后的仿真分析，具体拓扑结构如图六所示。结合规范对网络拓扑进行改变，在系统节点22和25的位置上分别接入200kv的光伏发电（PV），在系统节点6的位置上接入500kv的微型燃气机（MT），将各个分布式电源的功率因数设定为0.95，将电力系统稳定运行时的节点电压控制在0.95到1。05pu。之后如果继续在系统节点33、18、10的位置上接入200kw的分布式光伏。切除三台分布式发电单元之后分布式电源对电压分布影响。在配电网并入新的电源之后，如果仅仅根据本地需求来确定输出功率，没有对其他电源输出进行调整，就很有可能出现网络过电压的现象，导致节点1到节点18之间出现较大的波动，出现严重的过电压。在切除分布式电源之后也会对整个电力系统的电压分布产生深刻的影响，甚至会带来系统不稳定的现象。

2、分布式电源接入到配电网之后，其功率变化对配电网电压的影响

在分布式电源并入、切除对配电网电压影响的基础上，具体分析分布式电源（风电、光伏）功率变化对配电网电压的影响。分布式能源发电的形式受自然环境的影响，在发电操作上体现出不确定性，而这种不确定性是很难被预测出来的。不可预测的不确定性对系统电压质量产生了不同程度的影响。在布式电源并入、切除对配电网电压影响的算例基础上，在电力系统节点10的位置上接入200kv的光伏，分布式电源光伏最开始时候的功率是0.95，之后对其进行预测，分别对上午八点到下午两点的时序功率进行统计分析，在正常运行操作下，光伏功率剧烈波动下的各个节点电压也相应的发生了变化，虽然电压值的幅度基本可以维持下0.95到1.05ｐｕ，但是基于各个节点电压偏差值，伴随PV的增加，系统各个节点电压的安全问题也会进一步凸显出来。

三、某地区含分布式电源对配电网电压的影响和调整措施

某地区拥有三座风电厂，具备丰富的风力资源、水力资源。在地区分不了大量的小水电站，电力系统总体装机容量达到了78.09MW。在分布式电源充足的时候能够有效解决地区电网的负荷需求。某地区含分布式电源对配电网电压的影响具体体现在以下几个方面：

（一）风机、小水电出力分布式电源对配电网电压的影响

该地区的小水电出力选择夏大方式，在保证小水电风机处理稳定的情况下对枯水期的夏大方式和丰水期的夏大方式近节点电压情况进行比较，并分析出现差异现象的原因。风机选择丰水期夏大方式比较风机不同出力对附近节点电压的影响和产生影响的原因。

经过比较分析证明了，在一样风机出力的情况下，丰水期夏大方式下监测点的电压要比枯水期夏大方式下监测点的电压高。出现这种现象的原因是：第一，受水电有功出力的不同影响，导致了不同程度的无功变化。在水电出力变大的时候，为了满足无功平衡发展，会使得附近的节点电压增加。第二，受观测位置中压侧介入的影响，在枯水期夏大方式的时候，小水电能够发出的水量是十分有限的。有限的发水量是无法满足当地人们的用水需求。电力潮流的方向也是从高电压向低电压进行。中低压测是供电的最后端口，在出现枯水期的时候，小水电周围的电压会降低，这个时候，如果突然丰水期到来就会出现潮流的逆向运动，电压也会快速增加。

（二）小水电功率分布式电源对配电网电压的影响

在丰水期夏大的方式下，风机不出力电网运行方式和风机出力百分比条件相同的时候，小水电发电功率因素是0.8、0.85的时候，低压侧电压周围节点电压水平得到了相应的提升。出现这样现象的原因是小水电在不同功率下运行的时候，小水电所能提供的系统无功功率是不同的，由此导致监测点电压也不同。

（三）无功补偿容量对配网电压的影响

在丰水期夏大方式下，风机出力完全的时候，该地区各个变电站投入的无功补偿分别是电站总量的0%、25%和50%。无功补偿是电量25%时候，电站总量的变化程度是最高的，这个时候的无功补偿容量是很大的，监测点的电压增大比例是越来越高的。

（四）不同电压的调整特点

小电网配电网中常见的电压调整策略是改变小水电功率因素。但是这种调整策略存在很大的局限，适应范围比较小，对距离小水电站比较远的地区节点调整能力比较弱。针对这个问题可改变无功补偿容量大小，具体操作是在某点电压较低的时候，可在当地设置相应的就地头电容器组。另外，改变变压器的档位也是调整电压的一种方式，会对下一个电压等级节点电压产生深刻的影响。改变分布式电源出力的电压，这种方式具备一定的电压调整能力，但是这种方式的单一使用会影响电力系统的平衡。在具体使用的时候需要综合其他手段共同进行。

（五）分布式电源对配网电压的调整策略

第一，加强对分布式电源自动发电控制策略的研究，将其充分应用到分布式电源的自动化运行控制，对分布式电源的出口电压进行有效调整。第二，在丰水期大发的时候需要对上网小水电出力进行压减操作。在枯水期的时候，基于小水电不发达带来的无功缺少下娘，需要分时段的组织一些发电站进行多发无功操作，从而减少线损的发生，减少电压过高现象的出现。第三，改善现阶段小水电的励磁系统，增强自动化励磁调节功能，从而实现对小水电的管理，规范有关人员的操作。第四，加强对风机和小水电出力的有效调节，对小水电机组参数和功率因数信息进行控制，改变原有变压器抽头的位置，投切无功率补补偿容量来调整电压。在一些电站和线路出现电压不合格的时候，需通过投退无功补偿的方式来对电压进行调整，实现调节的针对性。如果电压的登记出现了大面积区域不合格的时候需要通过改变上一级的电压登记高压侧抽头档位来对电压进行调整。基于电压调整范围比较大、比较复杂的特点，在具体调整操作的时候需要辅助应用其他手段。需要注意的是，在系统无功比较缺乏的时候，是不能通过改变变压器的抽头来提升总体电压的，不能导致系统操作出现危险的现象。在电压不符合要求、不再相应区域的时候，则是需要在满足有功平衡的前提下对功率的因数信息和出力进行改变，从而快速恢复区域范围内的电压。在配电网的实际运作中，如果出现了电压位置不合格、范围和程度也会发生相应的变化，这个时候需要综合应用不同的方式来对电压进行调整，结合实际有针对的调整配电网电压，从而提升电压运行操作的稳定、快速和高效。

结束语

综上所述，分布式光伏电源技术在配电网电压调整中的应用能够缓解现阶段电力资源缺乏的现象，研究分布式光伏发电并网系统的电压稳定情况对光伏发电未来发展有着十分深刻的影响。分布式光伏发电在配电网电压调整中的应用能够缓解现阶段能源发展危机，促进电力系统的稳定发展，具有重要的现实意义，具体表现在以下几个方面：第一，分布式光伏发电接入配电网能够提升电网系统的负荷参数，提升系统静态电压的稳定。第二，分布式光伏发电接入配电网能够提升电力系统的总体稳定，提升临近光伏电源节点的电压，减少系统电压薄弱母线对电压稳定性的影响。但是需要注意的是，在出现恶劣天气的时候，会导致分布式电源你的光伏突然消失，早配电网系统节点电压降低的时候会影响电网自设你的稳定发展。这个时候，需要在并网点的位置上接入并联电容补偿装置，从而为电网的稳定提供重要的支持，使其发展满足更多电压运行的要求。在科技的发展下，虽然分布式电源发展仍然存在一些问题，特别是需要有关人员采取有效的措施解决分布式电源和大电网之间的兼容问题，减少因为分布式电源接入对电能质量的不利影响。文章结合含分布式电源接入配电网系统的建模、分布式电源对配电网电压的影响机理，以具体的实例分析含分布式电源对配电网电压的影响，并结合实际提出了相应的电压调整策略，为未来电压调整发展提供了重要的数据信息支持，有助于促进分布式电源和大电网之间的融合发展。

参考文献：

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[2]孙晓倩.含分布式电源的配电网短路计算与静态电压稳定性研究[D].天津大学，2012.

[3]邹禹平.含分布式电源的配电网电压暂降凹陷域分析[D].山东大学，2014.