分布式光伏系统中电压过高问题优化策略研究

国网河北省供电公司平山供电分公司 王晓龙 王环环

为积极响应国家“碳中和”政策，发展新型能源代替传统的石化能源势在必行；光伏发电具有可持续性高、分布广泛、获取方便等优点，成为当前重要的获取能源方式；同时，居民安装光伏还可以获得额外收入，于是小规模的光伏发电厂和居民分散安装光伏板成了较为普遍的现象。根据某供电所和调控中心的采集的大量数据观察，分散接入的方式可以导致线路末端电压升高。以某县35kV古月站522古农线为例，线路末端接入了12台400kVA的分布式光伏变压器，导致线路末端电压常在259～270V，最高可到279.9V，而国家规定的线路末端标准电压在198～236V，可见522古农线线路末端电压严重超标。

由此也引起了一系列的问题：持续高电压运行，会加速电气设备的绝缘老化，降低使用寿命；会使变压器等设备空载损耗增大，增加线损；会增加配电网短路的冲击、改变配电网的电压分布，减小配电网的稳定性，使电能质量进一步变差；会烧毁电器等。截至目前，522古农线已烧坏3台养鸡场电机以及村民照明设备若干。为了将光伏大量接入到配电网中，同时保证配电网可靠稳定地运行，急切地需要引入新的概念和技术手段增加网络的可控性。本文以某公司为例，经大量分析研究，提出以下几种可行性改进方案，这些方案能达到降低电压的效果，各地区可根据自己的实际情况进行选择。

1 解决单线路末端电压高的方案

1.1 调整逆变器保护值

要求光伏逆变器的厂家对电压保护值进行重新设定。国家对逆变器要求的保护值范围在195.5～253V，但由于国家电网水平参差不齐，部分地区线路过长或变压器容量不足，就会导致电网电压过高或过低，最高可达270V，最低则只有180V，为了适应这些地区的复杂情况，逆变器厂家会扩宽电压保护的范围。

针对以上光伏逆变器保护电压不合格的情况，可进行抽查监测是否确实存在不合格的情况。若存在，要求逆变器厂家或者其他技术人员操作逆变器的面板改变电压[1]。如果逆变器的电压保护值在合格范围内，电网的电压仍然较高，可以要求在标准值范围内适当降低电压保护值，也可适当调节站内主变的分接头，以降低线路电压。

1.2 引进或兴建其他项目

线路末端的分布式光伏发电是一种有效的电力供应方式，其容量相对较小，位置接近电力负荷，一般接入电压等级较低的配电网或微电网，运行方式主要为就地接入，就地消纳，实行“自发自用，余量上网”的模式，这样既避免了大规模、长距离输电所需较大资金的投入，也降低了电力损耗。

然而，在政府扶贫项目中，如一些较为贫困落后的山区，已投资建设了一些规模适中的光伏电站。由于当地相对落后，用户少，就地消纳能力有限，光伏发电的波动性和随机性大，难以进行有效调度。解决这些电站的光伏电力消纳问题，可与政府合作，进一步扩大分布式光伏发电的应用市场，兴建或引入适合当地环境的其他项目，将这些项目作为光伏电力的消纳点，减少光伏电力对电网的返送，从而解决线路末端电压高的问题。这不仅有助于解决电力消纳问题，也有利于促进当地的经济社会发展，形成多赢局面[2]。

1.3 线路改造

对于存在电压过高问题的线路，可通过线路改造的方式，比如更换部分老旧的、电阻较大的细线，采用新的、电阻较小的粗线，来降低线路的总体电阻，从而降低电压。线路的电阻大小直接影响着电压，根据欧姆定律U=IR，线路电阻R的降低在电流I不变的情况下，电压U也会随之降低。优质的线路不仅可以降低电阻，同时还可以降低线损，提高电力系统的运行效率。

在分布式光伏发电系统中，光伏发电的上网电压只有在高于电网电压的情况下，才能顺利送至电网。通过降低线路电阻，可以降低电网的电压，这样就能够达到降低光伏上网的电压值，从而有效降低线路末端电压。这样的改造虽然需要一定的资金投入，但其收益却是长久和显著的，既能够解决电压过高的问题，还能提高电网的运行效率，最终有助于提升整个电力系统的稳定性和可靠性，推动可再生能源的更好利用。

1.4 加装稳压设备

对于分布式光伏发电系统，另一个可行的解决电压过高问题的方法是在发电侧（即光伏站侧）加装稳压设备。稳压设备具有智能检测系统，可以根据实际需求，对发电侧的上网电压进行智能调节，从而维持稳定的电压输出。稳压设备的工作原理是：用户在设备内输入标准的电压值，设备会自动检测当前电压是否与标准值相符，如果有偏差，设备会自动调整，使上网电压达到设定的标准值，这样就能确保电网的电压始终在一个合适的范围内，避免了电压过高的问题。

稳压设备的价格因素多种多样，包括光伏发电量、线路参数等，根据具体情况定制的稳压设备，不仅能提高电力系统的稳定性，还能有效降低运营成本。加装稳压设备的方法虽然投入一定的成本，但长远来看，可极大地提升光伏发电系统的运行效率和稳定性，从而保证电网的稳定运行，促进可再生能源的更好利用，对于推动绿色能源的发展，具有重要的实际意义。

1.5 安装先进的逆变器

目前较为先进的逆变器除了可将光伏的直流电逆变成交流电输送至电网，还自带电容和电感元件，可直接发出无功和吸收无功。在电压高的情况下，可直接降低无功的发出量甚至让其吸收电网的无功来降低电压。当电网电压低时，可让其多发无功，从而达到稳定电压的作用。

以上述内容1.1章节和1.4章节效果较为明显，资金投入相对较低，易改造；1.2章节根据当地的地理条件、基础设施、政府决策等条件决定；1.3章节根据当地的实际情况和费用的计算来决定；1.5章节所述逆变器较为先进，价格高昂，目前没有普及使用，也要根据实际情况和计划费用来决定。

2 解决变电站与多馈线电压高方案

2.1 安装长距离配电网电压分区协调控制系统

基于分层分区、就地平衡的思想，电压协调控制体系主要由区域协调控制器和电压就地自治控制器两部分组成。底层电压就地自治控制器对自治区域内光伏逆变器的无功和有功输出功率进行直接控制，既可基于本地量测信息进行就地电压控制，也可基于分布式通信网络对相邻自治区域提供电压支撑或向相邻自治区域请求无功支撑。上层的区域协调控制器分布于馈线上或变电站内，分别用于保证所在馈线上的电压监测和控制、变电站内无功电压设备的调控。

同一馈线上电压就地自治控制器间的分布式通信链路是底层分布式多代理电压控制的基础；各电压就地自治控制器与其所在馈线区域协调控制器互联，满足馈线上的电压监测和调节需求；馈线区域协调控制器与变电站内的区域协调控制器互联，用于实现变电站与多馈线之间的分布式电压协同控制或变电站级全局优化调度。

如图1所示，电路板布局共有6列3行，一共有6个灯泡和一个插座。每个灯泡都有箭头指示方向，这些箭头可能代表电流的流动方向。图1电路板布局中，中间灯泡和右边灯泡之间有一个插座，左边灯泡和右边灯泡之间也有一个插座。此外，两个插座之间有3个灯泡，这些灯泡分布在两个插座的两侧。这种电路板布局能够实现不同的电路连接，使得电流可以在灯泡和插座之间流动，从而使灯泡发光。不同的布局可能会导致电流流动的方向和方式不同，从而影响灯泡的亮度和颜色等特性。

图1 电路板布局

2.2 线路末端加装储能模块

线路末端加装储能模块简单来说，就是利用储能电池，在光伏发电高峰期将其电能储存起来，在低谷期将电能释放出来，发挥削峰填谷、改善电能质量、弥补电力供应不足等作用，进一步提高电网供电可靠性。下文以某县营里虚拟站来分析该模式。

营里虚拟站是河北南网首座偏远山区低压侧储能微网，修建在石家庄平山县杨家桥乡蹅马村。蹅马村地处平山县深山区，位置偏僻，共有20多户人家，大多数为留守老人，用电量小。全村由35kV康庄变电站10kV 664踏马线供电，线路全长约25km，蹅马村位于线路供电最末端。线路长，末端消纳能力不足，造成了线路电压极其不稳定。

于是省南网在蹅马村建设村级400V光储微网系统作为试点工程。初步确定电池储能系统20kW，该系统具备并网、离网两种运行方式。并网运行时，优先使用光伏发电，光伏发电达到一定功率时开始给电池充电，电池充满需要6h，正好吸纳了中午光伏发电的高峰电量；太阳落山后，电网供给线路末端电压低，电池开始放电，以保证线路末端电压在合格范围内；电网停电时，该系统还可自动切换为离网运行模式，微网独立带负荷运行，切换过程允许停电[3]（如图2所示）。

图2 光照条件较好时光伏出力标幺化曲线图

图3展示了一种数据或指标在一段时间内的变化趋势。具体来说，在2021年3月1日至3月8日期间该数据在0.2到1之间波动；而在3月9日至3月22日期间该数据在1到1.2之间波动。这张折线图呈现出上升趋势，意味着随着时间的推移，数据值在逐渐增加。接入该系统后，在负荷最大时刻、光伏出力最大时刻、仅由储能供电时负荷最大时刻下台区末端电压差均相对较小，用户电压平稳了很多，没有再出现烧坏设备现象，且将光伏的出力限制在刚好与负荷平衡的状态。

图3 储能供电变化趋势

3 结语

综上所述，深入探讨了多种应对分布式光伏并网引发线路末端电压过高问题的有效策略。首先，提出了一种就地消纳光伏电压的方法，通过在线路末端引入或兴建其他项目，解决了光伏电力的消纳问题。这不仅可以减轻线路末端电压过高的问题，还有助于促进当地社会经济的发展。其次，研究了通过改造线路和更新老旧设施来减少电阻，从而降低线路末端电压的策略。虽然需要一定的投资，但可以长期提高电网的运行效率和稳定性，减少线损。本文最后探讨了加装稳压设备的方案，以确保光伏发电系统始终维持适当的电压输出，防止电压过高。虽然成本较高，但从长远来看，这可以优化电网运行，提高分布式光伏系统的稳定性和效率。