分布式光伏电源接入对配电网影响

黄瑶玲，杨 楠，刘 浔，万 泉

（国网湖北省电力有限公司直流运检公司，湖北宜昌 443000）

引言

分布式发电单元接入配电网后会改变原本配电网的结构，使原本的辐射状独立电源网络转变为双重电源或多电源结构。光伏发电相较于传统电源比较特殊，其具有随机性强和波动性大的特征，同时还具有间歇性和不可调度性的特点。另外，配网中的负荷同样具有一定的不确定性，整个系统中可能出现较为频繁的反向潮流，以至于造成电压波动、谐波等电能质量问题[1]。除了对系统电压产生影响以外，光伏并网后整个系统的损耗也会相应地增加。而在配网规划和设计之初，变压器型号和容量的选择是其中的关键一环，系统潮流和网损的变化会进一步造成变压器选择困难[2]。

针对上述问题，本文首先简要介绍分布式光伏发电的原理及其结构，然后在此基础上对光伏并网后系统的电压分布情况进行了仿真分析。

1 分布式光伏发电系统的结构

分布式光伏发电一般采用就近选址原则减小光伏发电单元到负荷之间的距离，将光伏板安装于距离负荷较近的配电网上。光伏发电具有较强的灵活性和较好的经济性，光伏发电设备安装简单，省时省力[3]。

图1展示了光伏发电单元的主要结构。光伏发电单元是由光伏阵列、直流控制器、逆变器和储能装置等有效连接组成的整体系统[4]。光伏电池板是将太阳能转化为电能的关键设备，是整个系统的核心设备。直流控制系统和逆变器主要起电流控制的作用，它将光伏板发出的直流电转换成交流电再上网给负荷供电。储能系统能够将一定限量的电能储存起来[5]。

图1 光伏并网结构图

2 光伏电源接入对配电网电压的影响

利用文献[6]提供的计算模型，分别通过仿真计算，分析光伏发电单元的接入位置、运行方式以及容量对配网电压的影响。

2.1 接入位置对配电网电压的影响

采用单一变量的原则，在其他条件不变的前提下，在配网中的不同位置接入固定容量和功率因数的光伏电源，光伏电源容量S=4 MVA，功率因数cosφ=0.9，配网中各节点电压的分布情况如图2所示。

图2 接入位置对配电网电压的影响

由图2 可知，在配网中距离负荷不同距离的位置接入光伏电源，各节点的电压会有不同程度的升高。从配网中负荷侧电压稳定程度的角度来看，光伏电源接入位置越靠近线路末端，即距离负荷越近，负荷电压受到电能损耗的影响越小。因此可以得出结论，在距离负荷近的节点并入光伏电源能够适当补偿线路末端电压。

2.2 光伏接入容量对配电网电压的影响

在其他条件不变的情况下，改变接入配网中光伏电源的容量，系统滞后的功率因数仍为cosφ=0.9，接入位置固定在距离线路首段4 km 处，此时配网中各节点电压的分布情况如图3所示。

图3 不同容量的光伏电源4 km处接入后的配电网节点电压分布图

在其他条件与上述方案相同的情况下，改变光伏电源的接入位置，将不同容量的光伏电源接入点设置于距离线路首端8 km 处，此时配网中各节点电压的分布情况如图4所示。

图4 不同容量的光伏电源在8 km处接入后的配电网节点电压分布图

比较图3 和图4 可以看出，接入配网系统中光伏发电单元的容量越大，配电网中各电压节点电压值水平越高。光伏电源接入位置附近的电压补偿最明显，这种补偿效果随着接入系统容量的增加表现更明显，且系统容量越大整个配网节点电压补偿越多。

2.3 系统运行方式对配电网电压的影响

固定光伏电源的容量和接入位置，仅考虑不同运行方式下光伏发电单元对配电网的影响。光伏发电单元容量设置为4 MVA 不变，光伏电源的接入位置设置在距离线路首端4 km 处，此时配网中各节点电压的分布情况如图5所示。

根据图5 所示的变化曲线，配电网中各节点电压的数值受接入配网中光伏电源的运行方式影响较大。随着系统运行方式由吸收无功到发出无功，配网中各节点电压逐渐升高。光伏发电单元所输出的无功进一步增大，配网中接入点的电压会升高到最大值，整体的电压升高幅度也会相对减小，最终呈现出稳定的趋势。

3 结束语

光伏发电单元并网运行，对整个系统的电能质量提出了更高的要求。为研究配电网各节点电压在不同条件下受到光伏发电单元的影响，本文首先阐述了分布式光伏发电系统的结构，然后分别对光伏电源接入位置、接入容量及系统运行方式对配电网电压分布的影响进行仿真计算，为后续分布式光伏电源并网研究奠定了基础。