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分布式电源接入对配电网电压影响分析及其无功优化

发表时间：2021/6/17 来源：《基层建设》2021年第6期作者：王瑛琪朱杰刘桐然

[导读] 摘要：在含分布式电网接入到配电网之后，配电网也开始由原来的辐射结构转变为电源结构，改变了电力系统原有的电压分布、原来系统运作，对电力系统的稳定运行也造成了深刻的影响。

        国网冀北电力有限公司廊坊供电公司河北省 065000
        摘要：在含分布式电网接入到配电网之后，配电网也开始由原来的辐射结构转变为电源结构，改变了电力系统原有的电压分布、原来系统运作，对电力系统的稳定运行也造成了深刻的影响。为了能够更好的促进配电网稳定运行，文章结合含分布式电源对配电网电压的影响，结合实际探究针对影响的策略。
        关键词：分布式电源接入；配电网电压；无功优化
        1.分布式电源接入对配电网电压影响
        1.1分布式电源接入位置对电压的影响

        图1分布式电源接入位置对电压的影响
        最下面的曲线表示配电网未接入分布式电源时系统中的电压分布曲线，其他的电压曲线表示同容量、同类型的分布式电源分别接入配电网模型中的5个节点时，系统中的电压分布。从图可以得出：由于所接入的位置不同，同一分布式电源对同一配电网电压的影响也有很大的不同。
        为了分析分布式电源接入位置对电压的影响作用，可通过确保分布式电源接入的出力稳定，改变他们的位置的方式，来进行探讨。在分析时，对于分布式电源接入容量的选择，需确保其满足要求，然后通过不断改变系统中分布式电源接入的接入位置，来分析系统电压的变化。为了确保结果更加清晰有效，可选择一个分布式电源接入到电网中，并且接入到系统的首部、中部等具有代表性的位置。通过仿真结果可以看出，对于总出力相似的分布式电源接入系统，其分布的位置不同，所得到的电压数值也不相同。分布式电源接入距离系统母线越接近，对系统电压的影响就越小；当把分布式电源接入到末节点时，就会造成局部电压的数值较高，即可能大于额定电压，从而影响用户的正常使用；当分布式电源接入不再进行运行时，也会导致电压在线路末端的变化范围较大，从而引发电能质量问题；当把分布式电源接入到馈线的中间位置时，在线路中部就会具有较大的电压。因此，综上，为了确保电网的稳定和安全，可将分布式电源接入到线路中间偏末端位置，不可在末节点进行接入。
        1.2分布式电源接入功率因数对电压的影响
        在探讨分布式电源接入功率对电压的影响情况时，需控制分布式电源接入的位置和容量保持不变，通过改变功率因数，来分析功率因数的不同，对系统电压所带来的影响。由仿真结果可以得出，分布式电源接入的功率因数不同，在接入系统中时，对系统电压的影响也不相同。相比于超前的功率因数，滞后功率因数可以极大的改善系统的电压。接入系统的分布式电源接入功率为超前功率时，对电压的影响作用不大，因此，对系统电压的改善作用不明显，当功率因数达到一定数值时，还会出现电压下降的现象；当接入系统的分布式电源接入功率为滞后功率时，分布式电源接入就会在配电系统中，释放出无功功率，从而极大的满足负荷对无功功率的需求，促使输电线路的无功电流降低，最终导致有功损耗减小，促使电压升高。当分布式电源接入的功率因数发生改变的过程中，由于分布式电源接入对于无功功率的吸收逐渐降低，馈线潮流不断减小，从而造成分布式电源接入上游位置的电压降不断降低，馈线电压曲线出现上移的情况。当功率因数逐渐发生改变时，分布式电源接入对于无功功率也从吸收转变为输出，线路上的潮流出现增加趋势，电源上游的馈线，发生电压上升的情况，线路的电压曲线也在逐渐发生改变。在这个过程中的某一功率因数值，促使线路的潮流和电压降变为最小值。这个功率因数的数值和负荷的功率因数有关，并且和分布式电源接入及负荷二者之间功率的比值有关联。分布式电源接入对于无功功率的吸收到输出的过程，也即是功率因数变化的过程。当分布式电源接入对于无功功率的发出数值，大于负荷对无功功率的吸收时，馈线上的最大电压数值就会在分布式电源接入的节点位置出现，电源对于无功功率的输出越大，节点的电压的上升趋势就会越明显，因此，在实际运行的过程中，为了防止电压越限，需采用一定的调压装置。
        1.3分布式电源接入对电压偏差、电压波动与闪变的影响
        （1）电压偏差稳态运行状态下，传统配电网各负荷点的电压沿线路潮流方向逐渐降低。分布式电源接入后，将改变配电网的潮流分布，甚至可能出现逆向潮流。由于分布式电源的接入，使馈线上的传输功率减小，导致各负荷点处的电压升高，这会对各负荷点的电压偏差造成影响。此外，分布式电源的输出功率受太阳辐照度影响很大，会随着太阳辐照度的变化不断发生变化。由于配电网中除了通过投切电容电抗器调节电压外，一般很少配备其它的动态无功调节设备，如果出力所占比例较大，其出力的易变性将使配电线路上的负荷潮流也极易产生波动，从而加大了电网正常运行时的电压调整难度，调节不好会使电压超标。
        （2）电压波动与闪变由于分布式电源的并入，增加了系统短路容量，从而加强了系统电压强度，可抑制和削弱区域配电网内出现的电压波动，但在分布式电源投入运行和退出系统的过程中，可能造成较大的系统电压波动：①分布式电源的启动和停运与政策法规、用户需求、电力市场等众多因素有关，分布式电源的不规则启停容易导致其输出功率波动，进而引起配电网的电压波动；②分布式电源的输出受自然条件，如：太阳辖照度、温度等环境因素影响，环境的剧烈变化也会导致其输出功率的波动，引起电压波动。
        2.无功优化措施
        一般选择经济效益好的静止无功补偿器SVC。SVC安装在线路合适的地点分为两种情况：一种情况是SVC安装在分布式电源并网点；另一种情况是SVC安装在其他需要通过无功补偿进行电压调节的节点（如线路末端等）。对于线路上已经安装了相应的无功补偿装置，考虑在并网点处安装。同时要求客户安装备无功功率调节及电压控制能力的逆变器。通过这两种方式保证分布式电压不越限。
        3.某地区含分布式电源对配电网电压的调整措施
        某地区拥有三座风电厂，具备丰富的风力资源、水力资源。在地区分不了大量的小水电站，电力系统总体装机容量达到了78.09MW。在分布式电源充足的时候能够有效解决地区电网的负荷需求。第一，加强对分布式电源自动发电控制策略的研究，将其充分应用到分布式电源的自动化运行控制，对分布式电源的出口电压进行有效调整。第二，在丰水期大发的时候需要对上网小水电出力进行压减操作。在枯水期的时候，基于小水电不发达带来的无功缺少下娘，需要分时段的组织一些发电站进行多发无功操作，从而减少线损的发生，减少电压过高现象的出现。第三，改善现阶段小水电的励磁系统，增强自动化励磁调节功能，从而实现对小水电的管理，规范有关人员的操作。第四，加强对风机和小水电出力的有效调节，对小水电机组参数和功率因数信息进行控制，改变原有变压器抽头的位置，投切无功率补补偿容量来调整电压。在一些电站和线路出现电压不合格的时候，需通过投退无功补偿的方式来对电压进行调整，实现调节的针对性。如果电压的登记出现了大面积区域不合格的时候需要通过改变上一级的电压登记高压侧抽头档位来对电压进行调整。基于电压调整范围比较大、比较复杂的特点，在具体调整操作的时候需要辅助应用其他手段。需要注意的是，在系统无功比较缺乏的时候，是不能通过改变变压器的抽头来提升总体电压的，不能导致系统操作出现危险的现象。在电压不符合要求、不再相应区域的时候，则是需要在满足有功平衡的前提下对功率的因数信息和出力进行改变，从而快速恢复区域范围内的电压。在配电网的实际运作中，如果出现了电压位置不合格、范围和程度也会发生相应的变化，这个时候需要综合应用不同的方式来对电压进行调整，结合实际有针对的调整配电网电压，从而提升电压运行操作的稳定、快速和高效。
        4.结束语
        在科技的发展下，虽然分布式电源发展仍然存在一些问题，特别是需要有关人员采取有效的措施解决分布式电源和大电网之间的兼容问题，减少因为分布式电源接入对电能质量的不利影响。文章分析含分布式电源对配电网电压的影响，并结合实际提出了相应的电压调整策略，为未来电压调整发展提供了重要的数据信息支持，有助于促进分布式电源和大电网之间的融合发展。
        参考文献：
        [1]黄科文，李鹏鹏，彭显刚，殷豪.含分布式电源的配电网电压调整策略研究[J].电网与清洁能源，2013，01：29-33.
        [2]孙晓倩.含分布式电源的配电网短路计算与静态电压稳定性研究[D].天津大学，2012.
        [3]邹禹平.含分布式电源的配电网电压暂降凹陷域分析[D].山东大学，2014.