（广东电网有限责任公司惠州惠东供电局 广东惠州 516000）
摘要：随着电网的规模迅速发展扩大以及负荷需求不断增加，能源紧缺与环境污染给电力系统带来了新的挑战，利用新能源逐步取代传统能源进行发电将是今后电力工业发展的趋势。新能源发电具有良好的发展前景和实用价值，分布式电源DG（distributed generation）作为一种新兴的发电模式逐步被关注和推广，太阳能光伏发电是可再生能源利用的重要形式，本文从电力系统潮流计算的角度探究光伏发电对电力系统影响，分析分布式光伏发电并网后电压越限的机理，探究解决分布式光伏发电引起电压越限的措施和方案。
关键词：分布式电源；光伏发电；配电网电压稳定性；功率优化控制；
引言
目前新能源发电在工程领域中已形成一定规模，分布式光伏电源在电网中所占的比例日益增大。光伏发电系统分为独立光伏系统和并网光伏系统两种，独立光伏发电也称离网光伏发电，以蓄电池的形式独立运行。并网光伏发电则指将太阳能组件产生的直流电，利用并网逆变器将其转换成符合并网要求的交流电后接入公共电网。光伏发电设备一般分布在配电网，其并网运行改变了传统配电网潮流单向供电模式，对配电网的电压稳定性产生显著影响。受环境气候因素影响，分布式光伏电源的功率输出具有较大的随机性和波动性，容易引起电压波动、电压越限等问题。近年来因电压崩溃引起的大停电事故引起了许多国家电力部门的重视，电力系统的电压稳定性一直是工程界和学术界的研究重点之一，本文将着重分析光伏发电并网造成配电网电压越限的机理，探讨提高配电网电压稳定性的有效措施，并针对电压越限现象制定相应的无功控制策略，优化配电网的无功分布。
—、 光伏发电并网对配电网电压稳定性的影响分析
开式网络是电力网中结构最简单的一种，电源点通过辐射状网络向若干个负荷节点供电，一般情况下配电网以开式网络运行，形成单端供电网络。当分布式光伏电源接入配点网后，线路的功率流向可能发生改变，光伏发电的出力大小将直接影响线路的功率平衡。含光伏电源的配电网简化等值电路如图1所示。图中Ps1、Qs1为输电线路首端的功率，Ps2、Qs2为线路末端的功率，P、Q为光伏电源的功率出力，PL、QL为并网点的有功负荷和无功负荷，Us为配电网电压，U为并网点电压，即负荷点电压。
式中 
、 为线路的有功损耗和无功损耗，UN为额定电压。联立式1-4可知， 配电网接入一定容量的光伏电源有助于减小功率传输时的电压损耗，从而提高安装点的电压水平。光伏电源接入后注入的功率越大，电压上升水平越高，安排合适容量的光伏发电出力有利于系统重新达到稳定运行点。
当光伏电源出力过大时，满足本地负荷后剩余的有功功率和无功功率将向配电网输送，由式1知Ps2<0、Qs2<0，即原线路的功率流向发生改变，此时原首端功率大小变为：
二、浅析配电网中无功补偿应用
电力系统无功功率平衡的基本要求是系统中的无功电源可发出的无功功率应该大于或者等于负荷所需的无功功率与网络中的无功损耗之和。目前在配电网中装设无功补偿设备是改善电网的无功功率分布、提高系统电压水平的有效手段，电力系统中的无功补偿装置主要包括固定电容器（FC）、静止无功补偿器（SVC）、静止同步补偿器（STATCON）等。其中固定电容器只能收容性无功（即发出感性无功功率），其余几类补偿装置则既能吸收容性无功，亦能吸收感性无功。
电容器供给系统的无功功率大小与其所在安装点的电压的平方成正比，当安装点电压下降时，电容器向系统提供的无功将相应减小。当电网出现故障或者受到其他扰动导致电压下降时，电容器输出的无功减小将可能导致电压继续下降，无功功率调节性能相对较差。静止补偿器由电容器和电抗器并联组成，配以适合的调节装置能实现平滑地改变输出（或吸收）无功功率。当电网电压发生变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动态过程中的无功需求。静止无功补偿器具有运行维护简单、功率损耗小的特点。
与静止无功补偿器相比，静止同步补偿器的响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少，其最大优势是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流。STATCON的主体部分是一个电压源型逆变器，逆变器的交流侧通过电抗器或者变压器并联接入系统。在实际配电网中，投切电容器组是常见的电压调节措施，而STATCON的成本高、运行维护较为复杂，当前尚未在电网中广泛使用。
目前无功补偿技术的发展和应用都较为成熟，但在配电网无功补偿方面仍存在一些需要进一步完善的问题。无功补偿的目标应为降低电力网的损耗，若只注意补偿用户的功率因数，补偿方案不能起到最大的作用。电容器具备一定的抗谐波能力，但注入系统的谐波含量过大时会对线路设备元件的使用寿命产生较大的影响，谐波治理措施不可或缺。当无功补偿方式不恰当时，配电网可能会出现无功倒送的情三、 制定含光伏电源的配电网有功/无功控制方案
光伏电源接入配电网后由于出力过大将导致出现电压越限的情况，为使电网电压能在正常范围内运行，应减小光伏电源的出力，若此时电压水平仍偏高，则可使用动态无功补偿装置来吸收电网中过剩的无功功率，进一步降低电压使配电网重新进入稳定运行状态。
结合配电网的线路特性考虑，为防止出现电压越限的情况，应加强对光伏电源有功出力的控制。因为低压配电网线路的电阻值比电抗值大，线路在输送功率时由有功功率引起的压降变化较为明显，式6列出了具体的数量关系。在电力系统中，光伏电源属于静态元件，不参与系统的功角振荡过程，但其出力情况受外界环境因素影响具有较大的随机性和波动性，因此加强对光伏电源有功出力的控制是关键, 光伏电源有功出力的控制方案应具有较强的适应性和灵性。在控制有功功率合理出力的前提下，维持系统的无功功率平衡也是必要的，出现无功不足或者无功过剩都会对电压稳定性产生影响，现有的无功补偿设备和对应的运行控制方案发展较为成熟，已在电网中广泛应用。
四、 探究多个光伏电源并网的功率潮流变化
单个光伏电源接入电网对提升电压起到一定作用，光伏电源出力能满足本地负荷后安装点的电压升高。若系统在光伏电源接入前的有功缺额和无功缺额较大，光伏电源接入后仍不能满足本地负荷的功率需求，此时接入点的电压水平无明显提升。为进一步满足负荷需求，多个光伏电源将同时并入到配电网中。在多个光伏电源的共同作用下能够满足本地负荷的需求，同时也可能出现功率过剩的情况。在多电源作用下，线路的功率潮流变得更为复杂，控制单个光伏电源的有功出力不一定能解决电压越限的问题，应对原有的功率控制策略方案进行完善，考虑多个光伏电源的功率特性，制定基于全局最优的控制策略，从而最终达到优化潮流、提高系统电压稳定性的目的。
对于含多电源的电力系统可进行建模优化，搭建相应的系统仿真模型，建立适合的目标函数，采用人工智能算法进行求解。现有的算法发展成熟，如模糊算法、粒子群算法等，这类算法在多个领域都广泛应用，因此建模仿真计算能为制定控制策略和优化潮流提供有效的参考依据。
五、结束语
光伏发电技术有良好的应用前景，受环境条件和生产成本的限制，目前在实际电网中的覆盖率不高，但大规模应用光伏发电技术是未来的发展趋势。本文从理论上分析了光伏电源并网后电压越限的机理，结合配电网线路的特点对配电网的功率控制方案展开了讨论，合理的光伏电源出力控制策略将是光伏发电技术提高电力系统电压稳定性的关键。
参考文献：
[1] 李清然, 张建成. 含分布式光伏电源的配电网电压越限解决方案[J]. 电力系统自动化, 2015, 22: 017.
[2] 陈海焱, 段献忠, 陈金富. 分布式发电对配网静态电压稳定性的影响[J]. 电网技术, 2006, 30(19): 27-30
况，直接使线路和变压器的损耗增大，线路负担加重。因此选择补偿方式时应着重考虑上述情况，制定完善的无功补偿方案。
.
论文作者:游海南
论文发表刊物:《电力设备》2016年第14期
论文发表时间:2016/10/11
标签：电压论文; 光伏论文; 功率论文; 电源论文; 配电网论文; 电网论文; 分布式论文; 《电力设备》2016年第14期论文;