摘要：分布式发电在接入配电网后，会对其电压分布情况产生较大影响。文章先对分布式发电系统模型以及接入电网的数学计算模型进行分析，进而采用仿真研究方法，探讨分布式发电对配网电压分布情况的具体影响，以期为分布式发电接入工程提供参考。
关键词：分布式发电；配电网；电压分布
前言：在新能源发电技术的快速发展下，分布式发电得到广泛应用，配电网逐渐从放射性无源网络向有源网络发展。其中，分布式发电在接入过程中可能对配电网电压分布产生的影响，是必须关注的一个问题，如果接入不当，会导致电能质量受损，影响配电网供电可靠性。因此，应在研究其影响机制的基础上，探索可行的并网方案。
一、分布式发电系统模型的构建
配电网系统本身结构较为复杂，在研究分布式发电系统模型时，可以对配电网进行简化，构建一个等效模型，判断分布式发电接入后产生的影响。具体可采用PDG+QDG表示接入的分布式发电系统，其中PDG为分布式电源有功功率，QDG为分布式电源无功功率。配电网模型则采用典型馈线辐射状模型IEEE33系统，额定电压12.66kV，频率为50Hz，在仿真过程中采用电压源模型作为系统电源。在构建线路模型、添加负荷的过程中，可以采用软件自带模块，不考虑分布式电源接入时的动态电压调整及暂态过程问题。在构建分布式电源模型的过程中，将受控电流源作为基础，功率因数取0.9，通过维持较高的功率因数，降低分布式电源接入可能对配电网产生的影响[1]。
二、分布式发电接入配网的模型分析
在分布式发电接入配电网的研究过程中，为了方便分析计算，还要构建相应的数学模型，对配电网电压分布受到的影响进行具体分析。首先，在无分布式发电接入的情况下，配电网正常运行，相邻节点阻抗为R+jX，各节点负荷为Pi+jQi。系统中存在一定的电压降，任意一节点m与电源电压降之间的关系可表示为△Usm=△Usm-+△Usm+。式中的△Usm-为节点m之后的等效负载与电源电压降，△Usm+为节点m之前的等效负载与电源电压降。在未接入分布式发电系统的情况下，Usm=△Usm-+△Usm+=m（2N-m+1）（RPi+XQi）/（2UN）[2]。
其次，需要构建分布式发电接入后的系统电压降计算模型。在只有分布式电源作用于配电网时，即配电网电源假设为0，此时线路中阻抗远小于负荷，只需要考虑分布式电源接入点以前的线路影响，而对于接入点之后的部分，分布式电源可能起到提升电压的作用。那么，分布式接入点k到电源电压降为△UDG=-m（PDGR+QDGX）/UN，m∈[1，k]，△UDC=-k（PDGR+QDGX）/UN，m∈[k+1，N]。在计算分布式电源和配电网电源共同作用下的电压降时，可以根据叠加原理，对未接入分布式发电系统和仅有分布式电源作用下的电压降计算公式进行叠加计算。在已知线路首端电压U0的情况下，线路任意一节点m的电压为Um=U0-△Um。根据上述计算公式，分布式发电接入对于配电网电压分布的影响因素主要包括接入位置、接入数量和分布式电源容量等。
最后，需要根据模型仿真计算结果，确定最佳的分布式电源接入位置及容量，尽可能降低配电网线损[3]。
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三、分布式发电对配网电压分布影响的仿真研究
（一）接入位置影响
根据上述构建的系统模型及数学计算模型，在研究分布式发电接入位置对于配电网电压分布情况的影响时，假设系统中只接入一个分布式电源，接入点分别为节点2,、节点6、节点13和节点17。在计算分析过程中，先对未接入分布式电源时的各节点电压进行计算，然后通过与接入分布式电源后的电压计算结果进行比较，判断分布式电压接入对于配电网电压分布情况的影响。经过仿真分析发现，在配电网中接入单个分布式单元，可以对线路电压产生提升作用，且接入位置靠近首端时提升作用较小，接入位置靠近末端时提升作用较大。考虑到电压提升过高可能超出系统电压的额定限制，因此，将分布式电源接入到距离馈线首端2/3处，可以获得理想的接入效果。此外，也要考虑分布式电源在退出电网时，可能会引起线路末端电压的大幅度变化，进而引发电压闪变等问题，影响电能质量。出于这些方面的考虑，分布式电源也不应该接入到系统线路末端。
（二）多点接入影响
在研究分布式发电多点接入对配电网电压分布情况的影响作用时，以同时接入两个分布式电源为例，简化分析计算过程。在仿真试验过程中，设置接入的分布式电源容量为500kW，保持其状态固定，仅对两个分布式电源的位置进行调整，分别在不同的组合接入方式下，研究配电网电压产生的变化。具体假设了5种情况，一是分别在馈线首端和末端接入，二是在单条馈线的中间位置接入，三是在两条馈线的中间位置分别接入，四是均接入到靠近馈线首端位置处，五是均接入到靠近馈线末端位置处。经过仿真试验发现，在多个分布式发电同时接入的情况下，会引起原配电网电压分布情况的较大变化，且接入点越靠近末端位置，对电压提升效果越明显。在分布式电源退出时，也容易引起大幅度的电压变化，导致电能质量下降。
（三）接入容量影响
从接入容量的影响情况来看，由于新能源分布式发电效率受自然环境影响较大，接入容量会因环境变化产生较大差异。因此，必须考虑分布式发电接入容量变化可能对配电网电压分布产生的影响。在仿真分析过程中，还是以接入两个分布式电源的情况为例，探究不同接入容量对配电网产生的实际影响。试验选择馈线中间部分的8号节点和9号节点作为分布式电源接入点，共设计了5个不同容量的接入方案。其中，方案一中两个节点的接入容量均为0，方案二中两个节点的接入容量均为100kw，方案三中两个节点的接入容量分别为200kw和300kw，方案四为300kw和200kw，方案五均为300kw。从仿真试验结果来看，分布式电源接入容量的变化，会引起配电网电压分布情况的明显改变。具体表现为，容量增加会对配电网电压起到提升作用，在两个接入点接入容量相同的情况下，位置变化不大的节点电压基本不变。
（四）仿真研究结果
通过采用上述仿真试验研究方法，可以较为深入的了解分布式发电接入配电网对配电网电压分布产生的影响。从本次研究结果来看，可以得出以下几点结论：（1）分布式发电接入的主要影响表现为对配电网电压的提升作用，接入点越靠近馈线末端，电压抬升作用越显著。（2）在多个分布式电源同时接入配电网时，基本符合单个电源接入的规律，为减小配电网线损，应在负荷不变前提下，尽可能选择在馈线首端2/3处接入，可以获得较为理想的接入效果。（3）在分布式发电系统接入过程中，还要考虑其容量范围的变化，控制对配电网电压的抬升效果。
结束语：综上所述，在IEEE33配电网模型下对分布式发电接入的影响进行分析，可以得出分布式发电接入的影响主要由接入位置、接入数量以及接入容量决定。通过采用仿真分析方法，可以找到最理想的接入点，并确定分布式电源的合理容量接入范围。以此为基础设计分布式发电接入方案，有利于降低对配电网电压分布的负面影响。
参考文献：
[1]邢晓敏,张萌,商国敬.分布式发电系统接入对配电网电压分布的影响分析[J].东北电力大学学报,2018,38(02):9-14.
[2]张宁.分布式发电对配电网电压的影响研究综述[J].通信电源技术,2018,35(01):58-59.
[3]张旭航,张梦瑶,黄阮明.分布式发电接入对配电网电压质量的影响及容量极限研究[J].分布式能源,2017,2(05):19-23.
论文作者:孔令一,,
论文发表刊物:《中国电业》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/14
标签：分布式论文; 电压论文; 电源论文; 配电网论文; 节点论文; 容量论文; 模型论文; 《中国电业》2019年第19期论文;