分布式电源接入对配电网电压的影响分析

邢洪亮，谢冬梅

（沈阳工程学院电力学院，辽宁 沈阳 110136）

分布式电源接入对配电网电压的影响分析

邢洪亮，谢冬梅

（沈阳工程学院电力学院，辽宁 沈阳 110136）

针对分布式电源（DG，Distributed Generation）接入对配电网电压所造成的影响，研究了DG接入配电网的数量、容量、位置分别改变时对系统电压影响的变化规律。通过对不同类型分布式电源的节点模型进行分析处理，采用改进牛顿法配电网潮流算法对其接入辐射状配电网的各种情况进行精确计算，结合IEEE34节点系统的仿真试验，全面总结了DG在配电网中的接入数量、容量、位置分别改变时系统电压的变化规律。

分布式电源；配电网；牛顿法；电压支撑

本文采用功率因数为0.9的恒功率静态模型来表示馈线负荷，并假设负荷三相对称，不计配网三相线路间的互感。本文基于恒功率负荷模型的辐射状配电网，用IEEE34节点配电系统进行牛顿法潮流计算，得出各种情况下系统节点的电压数据，并且对各种情况进行仿真对比，来研究其影响规律。因此，应该充分考虑这个规律对含DG的配电网规划产生的影响，最大程度的减少不利影响。

1 各种分布式电源的节点模型及其在潮流计算中的处理方法

1.1 P恒定，Q恒定的PQ节点

对于配电网中PQ节点类型的分布式电源，只需将其处理成功率值是负的负荷即可。

1.2 P恒定，V恒定的PV节点

采用同步发电机作为DG的内燃机和燃气轮机一般处理为P恒定、V恒定的PV节点，可直接代入牛顿法中迭代计算，求出节点的电压相角和无功功率为：

式中：k为迭代次数；ΔQ为无功修正值。

若出现节点无功越限的情况，需对式（1）修改如下。

式中：Qmax、Qmin为PV型DG的无功上下限。

因此，PV节点类型的分布式电源出现无功功率和节点电压越限时，将出现PQ节点和PV节点的相互转换。

1.3 P恒定，电流幅值I恒定的PI节点

采用电流控制逆变器并网的光伏发电系统，作为DG处理成有功输出和注入电网电流恒定的 PI节点，该节点运用牛顿法迭代计算前要做一定的处理。相应的无功功率可由式（3）得出：

式中，Qk+1为第k+1次迭代DG的无功功率；ek,fk为第k次迭代所得Vk的实部和虚部；P、I为DG恒定的有功功率和电流幅值。

因此，采用牛顿法迭代计算求出第k+1次迭代前的无功注入量，并将其处理成第k+1次迭代过程中的有功和无功分别为P和Qk+1的PQ节点。

1.4 P恒定，V不定，Q受PV限定的P-Q(V)节点

采用异步发电机作为DG的风电机组一般处理为P恒定，V不定，Q受PQ限定的P-Q（V ）节点。异步发电机建立磁场需要吸收一定的电网无功功率，为减少系统网损、满足功率因数要求，通常在风电机组处就地安装并联电容器组并自动投切。

P-Q（V）节点不能直接代入牛顿法中计算，每次迭代前必须做一定的处理。Q计算如（4）～（9）所示。

式中：s为异步电机的转差率；xσ为发电机定子与转子电抗之和；Pε为输出有功功率；xm为励磁电抗；r 为转子电阻；Q′为异步电机吸收的无功；COSφ1、COSφ2为异步电机补偿前后的功率因数；QC为需要补偿的无功； n为投入并联电容器组数；QN-Unit为每组电容器提供的无功；Q″为电容器组实际补偿的无功；Q为节点注入无功。

进行潮流计算时，可以求出P－Q（V）节点第k次迭代前的无功吸收量，并将其处理成有功和无功输出分别为P和PQ的PQ节点，进行第k+1次迭代计算。

2 算法研究

具有辐射型结构的配电网，一方面支路参数r/ x比值较大，且极易形成环网，传统的高压输电网潮流算法不能使用，应有一种有效处理环网能力的算法 ；另一方面，分布式电源并网引入了新的节点类型，还应具备有效处理含不同类型DG的配网算法。

综上两点，本文采用牛顿法进行潮流计算，该算法收敛能力好，可以直接处理不同节点类型的DG，并具有较强的环网处理能力。因此，选择牛顿法进行含DG的配电网潮流计算。

3 算例分析

分析DG接入容量和接入位置对配电网电压的影响，首先要固定DG的接入数量。一方面，DG并网作为配电网供电的一种辅助电源，其并网数量过多，会增加系统的运行维护成本，且会造成继电保护误动作等一系列既不经济又不安全的因素；另一方面，DG必须在一定条件下才能产生。因此，根据当地自然条件和安全成本等因素综合考虑确定DG个数，本文选定接入DG个数为1或2。

3.1 DG接入容量对配电网电压的影响

配电网总负荷P=0.41404MW, Q=0.01463MVAr 。为了分析DG接入容量对配电网电压影响的变化趋势，在明确单个DG接入配电网的情况下，固定选取9节点位置，在该测试节点接入DG时按照与配电网负荷总量成一定比例的电源容量进行试验，比例因子分别为0、0.4、0.8、1.0、1.2、1.6、2.0、2.4等，通过Matlab仿真程序进行计算，其结果如图1所示。

3.2 DG接入位置对配电网电压的影响

当DG没有接入，末端的馈线电压逼近系统运行的下限，如果遇到高峰时期的负荷，末端电压则会越下限。系统运行接入DG，使电压下限升高，改善了线路的电压，而效果最好的时机是在9和4、 17节点接入其容量的DG，继而使网络额定电压近似处在末端电压下。所以，为了提高系统电压水平，可以在配电网中接入DG：（1）DG在越接近系统母线位置接入，对线路电压分布影响越小；（2）就电压支撑效果而言，DG集中接入弱于分散接入；（3）DG不宜在线路末端接入，可选择在线路中间偏末端的位置或其组合接入。

图1 DG接入容量对配电网电压的影响

4 结语

本文针对分布式电源并网的接入数量、接入容量、接入位置等进行研究，分析得出DG的接入容量、接入位置对配电网电压不同的影响规律，若DG在配电网中的接入容量和位置合理，则可以有效改善配电网的各项运行指标，否则将恶化配电网运行时的各项指标。

通过仿真计算分析可知，DG的接入容量和位置的改变对配电网电压不同的影响： DG的接入位置要固定，DG的最优接入容量在保证电压质量合格的范围内尽可能大； DG接入容量也要固定，DG的最优接入位置为馈线中间偏末端节点，且单节点接入改善电压效果弱于多节点接入。

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