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摘要：随着可再生资源发电和分布式电源的大规模接入，通常依靠灵活的网络结构和较大的容量裕度来应对负荷的不确定性，以保证电力系统的安全可靠性的传统配电网已无法应对高渗透率分布式电源的接入，而且传统配电网运行控制方法也显得相对简单。大量高渗透率的分布式光伏电源接入电网，改变了传统配电网中的潮流分布和潮流方向，这种潮流的变化对电网的稳态电压分布产生一些影响。基于此，本文主要对分布式光伏电源极端可接入容量极限进行分析探讨。
关键词：分布式光伏电源；极端可接入；容量极限
1 前言
分布式光伏电源的合理分布可对配电网的电压起到支撑作用，但是分布式光伏电源的无约束接入运行可能导致配电网某些节点产生电压偏差和电压波动。为此，就分布式光伏电源接入电网国内外已经颁布了相关技术规定，以便更好地引导和规范光伏电源的合理应用。目前对于分布式光伏电源允许接入电网的容量已有大量文献资料对其进行了研究分析。
2 电压偏差和电压波动分析
对于处于正常运行方式的馈线，均可以等效为一个单电源辐射状结构。由于配电网中馈线长度较短、电压等级较低，分析中可以略去馈线间的互感和对地分布电容，而只计及馈线自阻抗。负荷采用恒功率静态模型并假设三相负荷平衡。光伏电源采用有功功率源模型，且不参与配电网电压调节。配电母线以上系统等效为具有一定串联阻抗的电压源。分析中，将配电网电压近似为额定电压UN。在上述近似条件下，含分布式光伏电源的配电网的分析模型如图1所示。
图 1 含分布式光伏的配电网模型
为了不失一般性设其共有n个节点，每个节点均接有负荷和光伏电源，若某节点不存在光伏电源或负荷时，将相应功率设为零即可。图中，0号节点代表配电母线，R0+jX0代表主电源侧系统阻抗，Rk+jXk代表第k段馈线的等值阻抗，PL.k+jQL.k代表第k个节点的负荷功率，PPV.k代表第k个节点上的光伏功率。设第k个节点配电变压器的额定容量为SNT.k，其无功损耗幅值占SNT.k的比率为αk，负荷功率因数为φ，负荷有功功率占SNT.k的比率为βk。
3 限制因素
配电网一般采用闭环设计、开环运行，正常运行时其结构呈辐射状，线路潮流也呈辐射状单向流动，而电压则沿着线路潮流方向降低。DG的大量接入使配电网潮流的大小产生巨大变化，甚至引起潮流的双向流动，严重影响配电网的电压调节和继电保护。为了评估现有配电网增加接入DG容量的瓶颈因素，在配电网网架不变的基础上，可通过计算不同限制因素组合条件下DG的接入极限容量，比较分析得出结论。
主要考虑以下6个互相独立的限制因素：
1）是否禁止倒送。电网正常运行时，通常不允许110kV的配电网通过降压变向220kV输电网倒送电。若禁止倒送，则要求220kV主变的高压侧绕组不允许向高压侧母线输送有功功率。
2）电压质量。对配电网运行的电压质量进行约束，以标幺值设定电压幅值范围。
3）是否允许无功补偿。配电网中采用无功就地补偿策略，若配置无功补偿装置，则允许以不低于0.9的功率因数进行无功补偿。
4）是否考虑支路限额。由于线路的物理特性，线路通常会有一个传输的极限功率。
5）是否考虑主变限容。由于主变的物理特性，主变通常会有一个传输的极限容量。
6）是否考虑负荷转供。由于配网中有的负荷有多个供电路径，当发生故障时，其负荷可能转由其他供电路径供电而不失电。该条件需保证在“N-1”的情况下设备仍然不越限。
在此需要说明的是，对于主变和支路的容量限额条件，不考虑此约束的意思是可以通过扩容等措施进行处理，而不是意味着允许长期过载。
4 算例分析
分布式电源以光伏DG为例，选取配电网的一个典型区域，使用本文所提模型和算法对该地区2015年的网架进行光伏DG接入极限能力计算分析。该典型区域2015年的配网包含一个220kV关口主变和3个110kV变电站，每个110kV变电站均有2台主变和若干10kV出线；由于光照资源分布的自然特性，当前每台110kV主变下都有1个10kV变电站具备接入光伏DG的条件。某典型区域2015年的配电网结构示意如图2所示。
图2某典型区域 2015 年的配电网结构示意
下面给出本算例考虑的具体限制因素：考虑禁止倒送的是220kV主变；考虑的电压幅值范围为区域内的所有母线，标幺值取0.85~1.15；考虑支路限额为区域内的主要线路，包括全部110kV线路和10kV线路；考虑主变容量为3个110kV变电站的主变；对于负荷转供，该地区主要考虑主变转供（见表1）。将上述限制因素组合，得到表2所列的10个计算条件，并计算相应条件下的光伏DG极限容量。
表2的第1列为条件场景编号，第2列为该条件下光伏DG的极限容量，第3~7列为该条件的限制因素组合情况。从表2中可以看出，极限容量最大的为610MW，但由于未考虑支路限额与主变容量，现有的网架无法消纳如此大容量的DG。与场景1相比，场景2的DG极限容量降低了28%，表明采取无功补偿措施可以增加配网的DG接入能力；场景3和场景4分别考虑了支路限额和主变限容，接入极限容量分别下降了90%和48%，表明线路和主变的容量限制对DG接入容量的影响很大，对本例来说支路限额的影响要大得多；场景5同时考虑了支路限额和主变限容，接入容量和场景3相同，表明本例的支路限额约束包含了主变限额约束；场景6不允许倒送（这也是通常实际电网的运行要求），DG接入的极限容量降低了77%，表明不允许主变倒送大幅限制了配电网接入的DG容量。
场景6~10均不允许倒送，场景7~9与场景6的比较分析结论与上述分析基本一致。只是在不允许220kV主变倒送的情况下，考虑支路限额时极限容量减小只有55%，相比允许倒送时影响程度大大减小；而主变限容对极限容量的影响几乎可以忽略。场景10考虑了所有约束，符合现有配电网正常运行情况，DG接入极限容量只有64MW，同时也是所有条件下最小的结果，这就是该典型区域目前能够接入DG的最大容量。该典型区域的负荷总量为140.41MW，DG接入极限容量64MW，极限消纳率指标为0.46。与场景10相比，场景3、5、7、9的结果相同，场景8的结果是其2.23倍，这表明限制该区域的配电网进一步接入DG的主要因素不是负荷转供、主变容量、倒送和无功补偿，而是支路限额。该地区的负荷转供并未对DG接入容量造成影响，这是由于存在转供关系的设备与具备DG接入条件的设备不同造成的。
对于该典型区域2015年的配网结构，为了接入更多容量的DG，最有效的措施就是加强DG接入路径上的线路建设，提高线路容量。
5 结语
本文所提的方法不仅可以给出配电网网架不变情况下的DG接入极限容量，对于配电网DG电源规划也具有非常大的指导意义；进一步通过多种计算条件下的结果比较，指出了DG接入的瓶颈因素，为配电网网架规划、建设和决策提供参考信息，对于实际电力系统配电网规划具有重大意义与实用价值。
参考文献：
[1]冯希科,邰能灵,宋凯,等.DG容量对配电网电流保护的影响及对策研究[J].电力系统保护与控制,2011,38(22):156-165
[2][2]王艳玲,韩学山,周晓峰.含分布式电源的主从联合系统扩展连续潮流计算[J].电工技术学报,2012,27(9):93-100
论文作者:邓言振,邓亚伟,郎慧
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/19
标签：容量论文; 配电网论文; 电压论文; 分布式论文; 光伏论文; 电源论文; 极限论文; 《防护工程》2018年第27期论文;