摘要：分布式电源作为传统化石能源的替代品，因其可再生和清洁而受到越来越多人的青睐，因此大力发展可再生清洁能源具有重要的现实意义。分布式电源(DG)的并网运行，使得单电源供电的辐射型配电网成为多电源的有源配电网，同时DG的并网将改变原有配电网络的潮流分布，对故障电流起助增作用，会引起保护装置误动作，加大系统运行调控难度。随着主动配电网的普及应用，使得配电网的可控性以及观测性有了显著的提高。本文就分布式电源消纳电能质量影响及其权重展开探讨。
关键词：分布式发电；电能质量；扰动功率；影响；权重系数
引言
在我国，大多数配电网都是按照闭环设计开环运行。传统的配电网重构就是通过改变分段开关和联络开关的组合状态，实现潮流的优化，从而降低网损提高电压质量。
1 电压偏差与电压波动分析
由于配电网的馈线较短、工作电压较低，因此忽略馈线间的互感及对地分布电容，只考虑馈线的自阻抗。同时将间歇性DG作为具有恒定功率因数的PI节点来分析。含间歇性DG的辐射状配电网如图1所示，为了不失一般性，假设系统中有n个节点，且每个节点均配置一定负荷和DG。系统中节点0表示配电网与上级电网的连接点，Ｒk+jXk表示第k段馈线的阻抗，PL，k+jQL，k表示第k个节点的负荷，PDG，k+jQDG，k表示第k个节点的DG输出功率,DG作为PI节点直接接入配电网，与负荷的潮流方向相反，具有抵消负荷的作用，可以认为DG是一种无功功率可调的等值负荷.
2 DG与负荷的时序特性
（1）光伏出力的时序特性。光伏发电机组出力的大小与光照强度成正比例关系，因此光伏出力在晴天与阴雨天气的出力差异比较大，在季节差异上，光伏发电机组在夏季的出力最大，在冬季的出力最小。在一天当中光伏出力随着时间的推移先增大后减小，变化规律类似于开口向下的抛物线，具体如图2所示。
图2典型光伏出力场景
（2）风电出力的时序特性。风力发电是目前分布式电源应用最广泛的可再生能源发电措施。风电机组出力的大小与风速相关，但是风电出力的大小与风速的关系又别于光伏发电机组与光照强度的关系，风速并非越大越好或者越小越好，它与风电机组的切入风速、切出风速以及额定风速有关。
3 影响权重分析
既然扰动功率实际上反映了各类电能质量扰动的严重程度，那么在知道了扰动功率之后，可以依托扰动功率的量化水平分析评判各类电能质量扰动的影响权重。在应用扰动功率分析各类电能质量扰动的影响权重时，由于不同类型的电能质量指标限值的差异，因此无法直接采用扰动功率进行权重分析，需要结合各类电能质量指标限值，定义电能质量权重的归一化系数：
，并依此进行分析计算（分析中假设各类电能质量指标的重要程度相同）。本节以10kV电压等级电能质量国家标准限值为例进行分析，其中电压偏差限值标准为7%，电压波动限值标准为3%，不平衡度限值标准为2%，谐波电压总畸变率限值标准为4%；分析中假设光伏逆变器各次谐波电流含有率HRIh95%概率大值已知，且HRI11=5%，HRI13=3%，HRI23=2%。（1）三相对称分布式电源。根据上述预知参数可以计算各类电能质量指标的扰动功率为：电压偏差/电压波动扰动功率为SN，不平衡扰动功率为0，谐波扰动功率为0.8162SN。则各类电能质量指标的归一化权重系数比例为：电压偏差∶电压波动∶不平衡∶谐波=1∶2.3∶0∶1.43。（2）对于单相分布式电源。针对相相接入模式，电压偏差/电压波动扰动功率为3SN，不平衡扰动功率为SN，谐波扰动功率为0.8162×3SN，其归一化权重系数比例为：电压偏差∶电压波动∶不平衡∶谐波=1∶2.3∶2.0∶1.43。针对相地接线模式，电压偏差/电压波动扰动功率为：3SN，不平衡扰动功率为SN，谐波扰动功率为0.8162×3SN，其归一化权重为：电压偏差∶电压波动∶不平衡∶谐波=1∶2.3∶1.17∶1.43。（3）权重系数应用讨论。上述电能质量扰动权重分析方法在实际应用中还需要注意以下几个问题：①该分析方法假设系统等效阻抗为感性（忽略电阻），且谐波阻抗是基波阻抗的h倍（h为谐波次数）；②扰动功率是以每个负载/电源的贡献进行定义的，但是，归一化权重系数定义中采用的各类电能质量指标的限值却是按PCC点的总指标进行的。当然，如果负载/电源各类电能质量指标的分配方法相同则不会引起误差；③电压偏差、电压波动分析中均是以扰动引起的电压变化进行考量的，实际上，该考量对电压波动没有影响，但是对电压偏差是有影响的。例如，如果背景电压偏差为负偏差，当分布式电源投入时可能引起正电压变化，实际上弥补了电压偏差。
4 基于配电网重构的数学模型
（1）分布式电源最大消纳量数学模型。分布式电源的最大消纳量是指配电网在满足节点电压约束和支路电流约束的条件下所能接入的最大有功功率，其主要与网络的运行方式和分布式电源的并网位置和容量有关。
式中，P1表示分布式电源可接入配电网的最大的最大容量，PDGi表示第i个节点所允许的最大准入容量，n表示分布式电源的安装节点数。
（2）网络损耗的数学模型。网络的电能损耗值是衡量配电网运行方式好坏的主要指标之一，因此在配电网重构中常将其作为求解的目标函数，本文的网损求解如下公式所示。
式中Closs为整个网络中各支路损耗之和;Pi为支路l末端节点的有功功率;同理Qi为支路l末端节点的无功功率;Ui为支路l末端节点的电压;Ｒl为支路l的电阻Nl为整个配电网的支路总数，Closs1表示系统的网损率，P°L表示系统的等效总负荷。
结语
本文基于电能质量扰动的特征提出并定义了电能质量扰动功率的概念，并依此定义了一种电能质量权重分析的归一化系数；在非线性负载/电源配置中采用该系数能够方便地确定各类电能质量约束的影响权重，进而抓住分布式电源消纳中电能质量问题的主要矛盾，避免过度考虑各类电能质量指标约束而影响分布式电源的消纳。
参考文献
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论文作者:史砺锐
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/18
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