（广西电网有限责任公司玉林供电局 广西玉林 537000）
摘要：分布式光伏电源的接入对配网的潮流、节点电压、短路电流、供电可靠性及经济性等会带来不同程度的影响。本文在DigSILENT Power Factory仿真平台上搭建仿真系统网架模型，分别研究分布式光伏电源接入对系统潮流、电压及供电可靠性的影响。在某10kV馈线系统上的仿真计算结果表明，分布式光伏电源接入后能有效提高馈线末端电能质量，改善系统供电可靠性。
关键词：光伏电源；配电网；电压；供电可靠性
Analysis on the Influence of Distributed Photovoltaic Power Supply
Access on Distribution Network
CHEN Mingchao
Yulin Power Supply Bureau，Guangxi Power Grid Limited Liability Company Guangxi Yulin 537000
Abstract：The access of distributed photovoltaic power supply will affect the power flow，node voltage，short-circuit current，reliability and economy of distribution network to different degrees. In this paper，the network frame model of simulation system is built on DIgSILENT power factory simulation platform，and the influence of distributed photovoltaic power supply access on system flow，voltage and power supply reliability is studied respectively. The simulation results on a 10kV feeder system show that the distributed photovoltaic power supply can effectively improve the power quality of the feeder end and improve the reliability of the system power supply.
Keywords：Distributed Photovoltaic Power Supply；Distribution Network；Voltage；Power Supply Reliability
分布式光伏发电对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义。分布式光伏发电接入后，配电网的安全稳定运行必然会受到影响，传统辐射状无源配电网络变成一个充满中小型电源的有源网络，潮流开始双向流动，电网各项保护定值和机理发生重要变化。大规模分布式光伏电源并网运行可能会引起电网电压和频率的偏移，电压波动和闪变等电能质量问题也会给电网安全稳定运行带来威胁。此外，配电网潮流、保护、控制、可靠性等均会受到影响[1-4]。为解决这些问题，文献[5]提出了一种新型的含分布式光伏电源的配电网电压特性分析方法，核心思想是基于叠加定理将光伏电源的作用抽取出来，与传统分析方法相比，有助于分析光伏电源接入对配电网各节点电压的影响。文献[6]利用PSCAD建立仿真模型进行仿真计算，分析分布式光伏的接入位置、接入容量等因素对配电网电压质量及谐波的影响规律，并提出电能质量问题相应的改善措施。文献[7]研究计及相关性的分布式光伏接入配电网运行风险评估，采用计及节点等效功率相关性的概率潮流算法计算运行风险指标。文献[8]研究分布式光伏接入电网对配电网网损的影响，定量分析了光伏电源在不同接入容量、不同并网位置和不同接入方式时配电网网络损耗的变化趋势，并设置三种不同位置特性的光伏并网组合，研究了多个光伏电源并网时对配电网网络损耗的影响规律。
本文在DIgSILENT PowerFactory仿真平台上研究分布式光伏电源接入对配网的影响，主要研究光伏电源接入后对配网潮流、电压及可靠性的影响。在某10kV中压馈线系统中的仿真测试结果表明，分布式光伏电源的接入，改变了系统潮流，抬高了馈线末端节点电压，改善了系统可靠性。
1 光伏电源模型
根据系统构成及负载种类的不同光伏发电可分为独立运行和并网运行两类。其具有模块化结构特征，发电功率容量大到百万千瓦级的大型光伏电站，小到几千瓦级的住宅屋顶等并网发电系统。并网型光伏发电可分为集中式大型并网光伏（大型光伏电站）和分散式小型并网光伏（建筑物并网光伏系统）。光伏发电总功率可用下式计算
图1 并网型光伏发电系统流程图
光伏阵列输出的直流电经过逆变器逆变转化为交流电。逆变后，为滤除谐波，提高电能质量，需采用滤波装置。通过合理设置滤波器参数可以消除不必要谐波，避免输出电压畸变。并网前，还需通过变压器转换电压等级，使光伏输出成功并网。光伏电源采用最大功率点跟踪控制，充分利用太阳能，使太阳能电池始终输出最大电功率本文在DIgSILENT PowerFactory中搭建通用光伏发电系统模型，结构如图2所示。
图3 光伏电池模型结构图
2 运行特性及接入模式
本文以某额定功率为59.5kW的光伏发电系统为例研究其运行特性。定义满负荷率为输出总有功功率占系统装机容量的百分比，对其连续一周的出力占比进行分析，如图4所示。由图可知，有光照条件时，光伏发电系统出力占额定出力的10%~20%较多，偶尔由于天气条件可以出力至30%以上。其出力概率曲线见图5。
图5 某光伏发电系统出力概率曲线
光伏电源接入电网主要有分散接入及专线接入两种模式，其中分散接入又分为低压分散接入及中压分散接入两种。
低压分散接入是一种基于用户的接入模式，主要是将小容量光伏电源接入中压配电变压器低压侧。光伏电源通过配电网的分支馈线分散接入到低压配网中的各个负荷点，主要针对小规模的光伏电源，通常接入380V电压。这种接入方式光伏电源与负荷点间经过的配电环节较少，优点是能够发挥光伏电源安装灵活、能量来源广泛的特点，缺点是配电系统的运行调度方式实现难度较大。
中压分散接入是指将容量中等的光伏电源接入中低压配电线路支线的方式。考虑负荷峰谷差因素，需要在光伏电源出力为额定功率且馈线负荷为其谷值时依然能够满足不出现逆潮流的限制，否则将影响其他馈线的光伏电源接入。因此，光伏电源接入的最大出力应小于馈线负荷的谷值，总容量不应超过馈线最大负荷的40%~60%。实际运行中的最严重情况是光伏电源出力最大而馈线负荷最小，此时光伏电源出力与馈线负荷相同。
专线接入是当光伏电源容量较大时，为避免对用户电能质量产生影响，宜考虑以专线形式接入高压变电站的中、低压侧母线。受容量所限，采用此模式的光伏电源所接入的电压等级通常也为中压。光伏电源集中接入到配电系统的中低压侧母线上，主要针对于中等规模的光伏电源，通常接入10kV电压等级，光伏电源集中接到低压侧母线上时，其作用与系统侧电源相同。
本文光伏电源采用专线接入模式，从10kV母线接入配电系统中。
3 仿真分析
为研究分布式光伏接入对配网的影响，本文将光伏接入两条10kV中压线路作为研究目标，搭建仿真网架如图6所示。A区光伏接入点位于创业园IV线的末端，B区光伏位于创业园线的中下游位置，C区光伏接入在花岭线的末端。各区域电力情况列于表1。
A、B区域所接入的创业园IV线，配变总容量为8600kVA；C区域所接入的花岭线，配变总容量为8565kVA。配变负载率按70%算，两条馈线合计约带负荷12.01MW，而光伏满发时近10MW，日常最高发电效率多在30-50%之间。
从表中数据可见，A区光伏容量小，在不考虑节假日或生产停产等情况下，A区用户仍需从公网取电。B区及C区光伏在满足区域内用户用电需求后，将有盈余电力上网。
3.1 潮流影响分析
在光伏满发的情况下，计算系统潮流，各区域潮流情况如图7所示。
图7 各区域潮流情况图
A区光伏发出的电能不能满足区域内用户需求，需从10kV公用配电网获取电能；B区及C区光伏出力在满足自身负荷需求情况下仍有盈余，向公共电网反送电。
3.2 电压影响分析
为分析光伏接入对近区电网电压的影响情况，本文对所接入的三组光伏分别从不接入电网、接入以50%出力发电、以满发出力等12种模式情况进行分析。依次采集光伏并网点、馈线上游、中部、下游、变电站出口侧的电压，仿真所得电压情况列于表2。表2 光伏电源不同接入容量下近区电网电压情况（标幺值）
对比表2数据，光伏未接入时，单幅射线路上有功率损耗，电压逐渐降低，接入光伏后，电压抬升。光伏接在线路末端比接在线路首段电压抬升明显。图8为线路末端接入不同光伏容量时线路电压情况。
图8 末端光伏不同容量接入时线路电压情况
由图可见，随着光伏容量的增大，节点电压呈现上升趋势，且线路首端电压上升最先，原因是随着光伏出力增大，对本地供电转由光伏提供，减少了电网向馈线输入的功率；且因末端电压提升，线路电压损耗减小，因而首端电压减少较小。
3.3 可靠性影响分析
分别计算不同区域接入光伏电源后的系统可靠性指标，各类设备可靠性参数见表3，计算结果如表4所示。
表中，SAIFI为系统平均停电频率，SAIDI为系统平均停电持续间，CAIDI为用户平均停电持续时间，ASAI为平均供电可用率，EENS为缺供电量期望。光伏作为馈线的备用电源能提高配电网运行的可靠性，且不同接入位置及接入容量对系统可靠性影响程度不同。当A、B及C区均接入光伏电源时，对系统可靠性的改善作用最明显，系统平均停电频率及缺供电量期望均较小。
4 结语
无论是农村或郊区的放射状配电网还是城市的网状配电网，都是以配电网和用户端都未接入任何电源为基础进行设计的。当配电网中接入大量分布式电源后，将影响网络潮流的大小、方向，以及电气元件和用户侧电压。这些影响带来正面或负面的效果主要取决于系统的运行特性以及分布式电源固有的自身特点。本文建立分布式光伏电源的DIgSILENT模型，搭建仿真系统研究其接入对配网潮流、电压及供电可靠性的影响，为今后分布式光伏电源的大量接入和互动提供理论基础。
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论文作者:陈名超
论文发表刊物:《河南电力》2018年17期
论文发表时间:2019/3/4
标签：光伏论文; 电源论文; 分布式论文; 电压论文; 系统论文; 配电网论文; 电网论文; 《河南电力》2018年17期论文;