摘要：农村电网“低电压”问题已经成为影响供电企业运营的重要制约因素。与高压输电网不同，农村低压配电线路长度和有功功率对线路末端电压影响较为明显，不能依靠高压输电线路的无功补偿方法达到有效治理低电压的目的，应该充分考虑有功功率、线路电阻参数和分布式电源接入位置的影响。文章分析了分布式电源对于农村电网低电压的治理效果和适应性。仿真结果表明，分布式电源接入线路末端，低电压治理效果明显；通过优化三相功率分布，有助于解决农村电网存在的三相电压不平衡带来的低电压问题；协调控制分布式电源，可以为农村电网低电压治理提供有效的解决方案。
关键词：配电网；低电压；配电网网架；分布式电源
分布式光伏发电与传统集中式模式不同，以分散的方式分布于配电网中，具有占地小、投资少、发电灵活、节能环保的特点，其应对高峰期负荷更加经济、有效，对集中式供电有很好的补充。随着智能电网成为电力行业研究的热点，分布式光伏发电接入智能电网成为其特征之一，分布式光伏发电的众多特点决定了其符合智能电网的发展需求。随着燃料结构的改变、负荷高峰期的变大，以及光伏发电的各种优势，分布式光伏发电在未来有着广泛的应用前景。
1.光伏发电工作原理
光伏发电并网的基本结构图如图1所示。光伏阵列转化得到的电能与所受的光照强度有关，光照强度随着季节、时刻的变化而变化，因此光伏发电输出功率不是恒定值。
图1光伏并网结构图
考虑到光伏发电系统中的蓄电池储电量不会很大，将其光照得到的电能经过逆变、变压后直接输给电网，而深夜时，由于电价低廉，电网对光伏发电系统充电，待到负荷高峰期发出，此时电价较高，用户可以从中得到收入，并且可以缓解电网的压力。
2.分布式光伏发电的削峰填谷作用
某地区7月份某日光照强度变化曲线和光伏阵列输出功率曲线如图2、3所示[16]。分布式光伏电源并网后，势必会使原来的日负荷曲线发生变化。由图2、3知，光伏阵列输出的功率与光照强度变化趋势一致，其发电高峰期在13:00至15:00，而负荷的用电高峰期在17:00至20:00。光照产生的大部分功率与负荷高峰期错开，这部分功率直接供给电网，削峰作用并不明显。
图2光照曲线
负荷用电低谷期出现在01:00至07:00，按峰谷电价算，此时的电价低廉，光伏发电系统中的蓄电池可以作为负荷用以存储部分电量，待到用电高峰期，由调度中心统一指挥放电，达到削峰填谷的目的。高峰期时的电价较高，折去充放电的转化效率，用户应从中获取部分利益，以刺激用户光伏并网的积极性。
2.含分布式户用光伏电源的农村低压台区模型
通过电力系统仿真软件Digsilent对分布式户用光伏电源接入对农村低压台区电压质量影响进行仿真分析，其中包括对低压380V电网的仿真。分析一天24h不同太阳光照强度下分布式户用光伏对台区电压的影响；还分析了在不同渗透率下，分布式光伏对电压的影响情况农村低压台区仿真计算采用了一个15节点的系统，其系统拓补结构如图2所示。另外，由于仿真分析时要考虑一天24h不同时刻的节点电压，而在农村日内负荷波动会比较大，所以需要考虑不同时刻的负荷情况。按照图3的波动情况来进行调整。
图2配电台区15节点网络拓扑图
图2农村低压用户一天负荷变化情况
按照图2所示，农村低压用户一天中最大负荷出现在20∶00左右，最大负荷为2kW左右，按照每个节点2户接入，各节点最大负荷为4kW左右。
3.分布式户用光伏对农村配电台区电压质量的影响分析
利用低压配电台区的拓扑结构和参数，对分布式户用光伏的接入情况按照不同的容量渗透率进行仿真分析。首先，没有分布式户用光伏接入时，选择了几个测量点的电压情况，如图4所示。
图4无分布式光伏接入时各节点电压
可以看出：离母线越远，节点电压下降的越严重；同时，某一节点的电压变化情况基本上就是按照负荷变化的趋势在变化。其中，9节点和15节点离母线最远，在11∶00和20∶00负荷较大的情况下出现了电压越下限的情况。
分布式光伏发电系统接入系统后，并不会造成节点电压的大幅度变化，系统是电压稳定的，而对于线路的负载率能起到缓解的作用。由于潮流的转移，路负载率略有增大，而这两条线路恰好是轻载线路，其负载率的增大对系统并非坏事。
4.不同渗透率电压质量影响分析
讨论不同分布式光伏电源渗透率对电压质量的影响，光伏渗透率5%提升至60%，分别取5%、15%、25%、35%、45%、60%进行仿真分析，接入方式按均匀式分布进行分析。分别选择11∶00、13∶00、16∶00和18∶00这几个时间点对不同的容量渗透率进行仿真分析，在白天光伏电源有出力的时间段内，11∶00和18∶00时负荷较大，故电压随着光伏容量渗透率的提升逐渐升高且没有越限。在13∶00和16∶00时，由于光伏电源有出力并且负荷相对较小，光伏渗透率达到25%后，各节点电压开始出现越上限。因此可认为：对于低压配电台区，户用光伏渗透率达到25%时，对电压质量的影响较大，应采取相应消纳措施。
5.消纳分布式户用光伏电源的措施
光伏发电系统不同于传统可控发电系统，其输出功率很大程度上决定于天气和光照因素，光伏接入对配电台区电压质量的影响与光伏渗透水平、电网负荷水平密切相关。为避免分布式户用光伏电源发电造成功率返送、电压越限的情况，应积极采取有效措施消纳分布式户用光伏电源对低压配电台区的影响。
5.1进行低压配电台区改造
户用光伏发电系统可能给低压配电网带来电能质量问题，如电压波动及闪变、谐波污染等，需要在规划阶段就予以考虑。当预计有分布式户用光伏接入，特别是渗透率可能达到25%时，应对配电箱设备、配电终端功能加以改造和扩展。配电箱应配置分相自动投切的电容器组，配电终端应配置分布式电源监控模块、谐波分析与控制模块，并采用GPRS通信手段实现对户用光伏发电系统输出功率的实施监控，以便在电压越限时采取相应控制措施。
5.2实施低压电网无功控制
对含有户用光伏发电系统的低压配电台区中的敏感负荷侧，可以引入有源电力滤波器来调节敏感负荷电压质量，通过电压补偿来保持电压合格。针对分布式光伏发电设备并网、退网引起的电压变化，可以采用新型高级静止无功发生器来调节低压电网电压。针对分布式光伏发电设备并网引起的电压波动和闪变，可以采用安装储能设备来抑制低压电网电压的波动；必要时可以采取切机策略。
5.3配置储能装置
分布式储能系统接入配电网可与分布式光伏电源形成互补，弥补后者由于出力的随机性对配电网安全和经济运行造成的负面影响；还可对配电网与主网的功率交换进行调节，起到削峰填谷的作用。另外，储能系统还可有效实现需求侧管理，消除昼夜峰谷差，提高电力设备利用率，降低供电成本，提高对户用光伏电源发电的消纳能力。
结论
分布式光伏发电系统并入智能电网可以对系统起到削峰填谷的作用，对电网的安全运行以及能源的充分利用发挥了重要作用；对低压配电网起到了提升电压，缓减压降的效果；降低了系统重载线路的负载率，且对系统的电压稳定性不会造成威胁。当然，分布式光伏发电系统并入智能电网也会带来一些负面问题需要解决，智能电网的发展以及光伏发电系统的并网还有很长的路需要走。
参考文献
[1]谷永刚，王琨，张波．分布式发电技术及其应用现状[J]．电网与清洁能源，2010，26（6）：38-43．
[2]赵春江，杨金焕，陈中华，等．太阳能光伏发电应用的现状及发展[J]．节能技术，2007，25（5）：461-465．
[3]刘承佳，李鹏，李婉娉，等．智能电网中光伏发电MPPT仿真分析[J]．陕西电力，2011（12）：30-35．
论文作者:林志威
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/4/1
标签：分布式论文; 光伏论文; 电压论文; 电网论文; 负荷论文; 用光论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第28期论文;