含分布式电源和电动汽车接入的配电网电压分析及规划

焦东升 孔晓光 杜 帅

（沈阳化工大学信息工程学院）

0 引言

在科技和经济高速发展的当下，能源的供应、污染和质量问题日益凸显，环保节能已然成为21世纪人类社会和谐稳定发展的主题［1］，因此可再生能源得到了快速的发展。为了能够进一步推动国内能源转型的发展，DG和EV迎来新的发展目标和机遇。近几年分布式电源和电动汽车开始大量的接入电网［2-3］，可以看出，DG和EV协同入网成为了必然趋势［4-5］。

目前关于DG接入配电网的研究主要在DG出力模型的建立、优化配置、选址定容等方面［6-7］，文章利用MATLAB软件对电动汽车接入IEEE 18节点配电系统进行潮流计算，把EV容量大小和接入点位置作为实现点加入含DG的配电网中，此时DG在配电网中接入点均为节点10，从配电网电压角度对配电网络进行仿真分析。

1 数学模型

从数学方面看，潮流计算的本质就是求解馈线中各节点潮流所建的方程，构成多元非线性方程组，推出电力系统潮流极坐标方程［8］，如公式（1）和（2）所示：

式中，i＝1，2，3，…，n。

1.1 没有接入分布式电源时配电网中馈线电压的分布

配电网馈线中每条支路电流为：

式中，ILi为节点i的等效负荷电流。

馈线中的电流在流动过程中将产生一定的电压损耗，每条支路的电压损耗为：

每条节点电压为：

式（5）中，i＝1，2，3，…，n。

1.2 加入分布式电源后配电网中馈线电压的分布

假设将分布式电源加在节点K处，馈线支路电流可表示为：

式中，Idg（K）为将分布式电源加在配电网馈线节点K后的等效注入电流。

每条支路电压损耗为：

每条节点电压变为：

将式（4）与（7）比较可得出，加入分布式电源后，电压损耗有所变化，配电网馈线节点K前损耗都减少了ZlIdg（K）。同时，馈线节点K后每个节点电压也受分布式电源影响而随之升高。综上，DG加入配电网中，对整条馈线所有节点电压产生有利影响。

假设，增大接入配电网中的分布式电源负荷容量，Idg（K）也会随之增大；由式（6）和（7）比较可以看出，由于DG容量的增大，使得电压损耗有所变化，K节点前损耗都有所减小，与之前相比，接入后被配电网电压抬升的更高，同时对电压改善的效果更为突出。但如果出现Idg（K）＞IK，此时可能是加入的分布式电源容量过大，导致功率倒流现象。为确保配电网络的安全稳定运行，一定要对接入的容量加以限制，避免节点电压越上限。

2 算例分析

文章中的算例采用IEEE 18节点配电系统。此配电系统三相对称，以0 作为平衡节点，选取VB＝12.66kV为基准电压，SB＝10MVA为基准功率，配电系统总有功负荷为1.5060MW，总无功负荷为0.7355Mvar，总容量为1.67821MVA。

IEEE 18节点配电网系统的根节点电压由主变压器分接头确定。本研究考虑该地区200辆电动汽车接入上述配电系统中，单位充电功率为7kW，则EV总充电负荷为1.4MW，标幺值为0.14，并取电动汽车的功率因数为0.95（滞后）。

2.1 DG与含EV接入配电网电压的关系特性

假设总EV负荷接入50%，固定其功率因数，DG从配电网馈线中部第10节点接入，出力为50%。此仿真主要讨论含EV接入的配电网中有无并入DG时，配电网各节点电压分布对比。在未接入DG时，节点电压顺着馈线方向渐渐降低，馈线支路末端一些节点已越电压下限，最低电压达到0.949左右。当在节点10接入容量为总负荷容量的50%分布式电源后，明显减少了接入前的馈线里的传输功率，且抬高了各节点电压，改善了整个馈线的电压水平。

2.2 EV接入容量对含DG配电网电压的影响

EV接入容量的不同对有DG配电网的电压有很大影响，固定接入EV的功率因数和位置，均以馈线中第10节点为接入点。如图1所示，在接入EV负荷总容量100%和80%时，顺着馈线方向节点电压逐渐降低，末端节点电压已经越电压下限，最低电压分别达到0.911和0.928，这样会影响电动汽车的正常充电。所以，在DG的所有方面达到最合理状态，以及EV接入位置和功率因数都固定时，EV接入容量最好在负荷总容量的80%以下，不宜过大。

图1 EV不同出力引起的配电网电压分布

2.3 EV接入节点对含DG配电网电压的影响

EV接入位置的不同也会对配电网电压产生很大影响。固定DG的出力为负荷总容量的50%，接入节点10。固定EV接入容量和功率因数。据图2可知，在节点10、14、16接入EV时，节点电压下降明显，可看出DG对电压支撑微弱。EV接入点越靠近线路首端，馈线电压降幅越小，各节点电压越稳定。所以EV在选接入节点时，最好靠近馈线前端，在建立馈线线路时，从EV接入最密集处开始，顺着EV接入密集程度建立。

图2 EV位置变化引起的配电网电压分布

3 结束语

文章以DG与配电网电压的关系特性为基础，研究EV在以含最优DG的配电网对配电网各节点电压的影响，最后采用算例为IEEE 18节点配电系统仿真验证，得出以下结论：

（1）因分布式电源对配电网出力的互补特性，协调优化配电网电压，并推导出最优接入策略，此策略可以看出DG优化了配电网中各节点电压，使得整体电压水平得到明显提升。

（2）配电网中接入最优DG后，再接入EV，通过改变其容量可看出，接入EV容量过高会影响电动汽车的正常充电。所以，地区EV接入负荷总容量不宜太小。

（3）应按实际EV接入位置的密集程度对馈线进行部署调整，减少损耗，提高整体节点电压质量。