分布式電源接入對配電網(wǎng)電壓偏差影響的研究

何智添

（山東省菏澤市第一中學(xué)，山東 菏澤 274000）

0 引言

隨著現(xiàn)代電網(wǎng)的不斷建設(shè)與發(fā)展，傳統(tǒng)大容量的集中式電力系統(tǒng)逐漸表現(xiàn)出一些不容忽視的弊端：偏遠(yuǎn)地區(qū)輸電費(fèi)用昂貴，大范圍停電事故難以避免等。此外，全球范圍內(nèi)的環(huán)境與能源危機(jī)，使得諸多國家對節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展等問題日益重視。

與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，分布式能源具有供電可靠性高、服務(wù)靈活多樣、投資少、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)大電網(wǎng)發(fā)生故障時，分布式電源可以繼續(xù)向用戶供電，因此不會發(fā)生因大面積停電帶來的不便。近年來，分布式電源的大力發(fā)展，在電能生產(chǎn)中所占比重不斷提高。

然而，DG接入產(chǎn)生效益的同時也帶來一些不容忽視的弊端，其輸出功率的不確定性對配電網(wǎng)電能質(zhì)量及其可靠性產(chǎn)生了較為突出的影響。本文首先對分布式電源接入對配電網(wǎng)電壓造成影響的機(jī)理進(jìn)行理論分析，然后基于PSCAD仿真軟件對不同容量、不同接入位置下DG造成的電壓偏差影響進(jìn)行仿真研究。

1 DG接入對配電網(wǎng)電壓偏差的影響機(jī)理分析

分布式電源是一種容量較小，直接接在用戶附近的獨(dú)立電源。一般接在35kV電壓及以下等級。從目前的研究與應(yīng)用來看，分布式電源主要包括太陽能光伏電池、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池和儲能設(shè)備等類型。

圖1 仿真主電路

電壓偏差是指網(wǎng)絡(luò)中某點(diǎn)的實(shí)際電壓同網(wǎng)絡(luò)該處的額定電壓之差，一般以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示 。

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》對于電壓偏差的相關(guān)規(guī)定，配電網(wǎng)中10kV及以下電壓等級的電壓偏差不得超過±7%。

配電網(wǎng)出現(xiàn)電壓偏差會產(chǎn)生一系列不良影響，如導(dǎo)致一些設(shè)備不能正常運(yùn)行，造成生產(chǎn)過程紊亂甚至中斷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量等。實(shí)際電壓偏低會導(dǎo)致敏感設(shè)備無法正常工作或停止工作，嚴(yán)重時會導(dǎo)致設(shè)備無法重啟，設(shè)備長時間無法恢復(fù)正常運(yùn)行會造成非常嚴(yán)重的危害和損失；實(shí)際電壓偏高將會導(dǎo)致設(shè)備過電壓，嚴(yán)重時會導(dǎo)致爆炸和火災(zāi)。

傳統(tǒng)集中供電在穩(wěn)態(tài)下，電壓沿著配電線路上功率的流動方向是逐漸降低的。DG接入后，由于在負(fù)載側(cè)接入電源，使得系統(tǒng)對原來電網(wǎng)中電源的供電需求降低，導(dǎo)致配電饋線上的傳輸功率減小，線路上的壓降降低，最終表現(xiàn)為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的電壓被抬高，產(chǎn)生不同程度的電壓偏差，其電壓偏差程度與接入DG的位置及容量大小有關(guān)。

2 仿真試驗(yàn)研究

為了深入研究DG接入的電壓偏差影響規(guī)律，本文基于PSCAD電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真軟件，搭建含DG的35/0.4kV配電網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行仿真研究，通過記錄不同接入位置、不同容量的分布式電源造成的電壓偏差及偏差程度，對分布式電源接入造成的電壓偏差影響規(guī)律進(jìn)行定量分析。

2.1 仿真主電路與參數(shù)設(shè)置

根據(jù)工程的實(shí)際應(yīng)用，本文在PSCAD中搭建含分布式電源的35/0.4kV典型配電系統(tǒng)，進(jìn)行不同電壓等級母線接入和不同容量條件下的分布式電源接入對配網(wǎng)電壓影響的分析與討論。

如圖1所示為仿真主電路圖，其中圖1（a）為分布式電源接入0.4kV電壓等級母線仿真主電路，圖1（b）為分布式電源通過變壓器接入35kV電壓等級母線仿真主電路。

2.2 仿真結(jié)果與分析

本文主要討論不同容量和不同接入位置下的DG并網(wǎng)產(chǎn)生的電壓偏差影響。其中，不同容量可用分布式電源的滲透率來體現(xiàn)，滲透率是指分布式電源的安裝容量與其接入線路的最大輸送容量的比值，約等于上一級變壓器額定容量的比值。

因此，采用如圖1所示的仿真模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)的步驟設(shè)計如下：

步驟一：將分布式電源接在0.4kV電壓等級兩段母線上，接線方式如圖1（a）所示，按10%～80%變化的滲透率來改變分布式電源容量，進(jìn)行仿真并記錄兩個節(jié)點(diǎn)的電壓變化。

步驟二：將分布式電源接在35kV電壓等級母線上，接線方式如圖1（b）所示，按10%～80%變化的滲透率來改變分布式電源容量，進(jìn)行仿真并記錄兩個節(jié)點(diǎn)的電壓變化。

為了量化兩段測量節(jié)點(diǎn)在DG接入前后電壓的變化程度，本文采用DG接入后的節(jié)點(diǎn)電壓Un′與接入前的電壓Un之差與低壓配網(wǎng)額定電壓有效值220V之比來表示節(jié)點(diǎn)電壓的變化程度，用ε可表示如下：

圖2（a）和圖2（b）分別為Ⅰ段母線和Ⅱ段母線測量點(diǎn)情況。

圖2 分布式電源接入對節(jié)點(diǎn)電壓的影響規(guī)律

通過對如圖2所示的仿真結(jié)果進(jìn)行分析，可以看出該仿真系統(tǒng)在不超過國家標(biāo)準(zhǔn)的要求時，DG接入35kV電壓等級母線上的情況下滲透率可達(dá)80%以上；DG接入0.4kV電壓等級母線的情況下滲透率最高僅為51%左右。

因此可以看出，那些容量較小、滲透率較低的DG適合接在0.4kV低壓母線，不僅DG切換較為靈活，還能避免變壓器的投入成本；而對于那些容量較大、滲透率較高的DG，在條件允許的情況下更適合接在35kV中壓等級母線，降低因DG容量過大所帶來的電壓偏差等問題。

結(jié)論

本文首先對分布式電源接入導(dǎo)致的配電網(wǎng)電壓偏差進(jìn)行理論分析，然后在PSCAD中搭建含分布式電源的35/0.4kV典型配電系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真研究，根據(jù)仿真結(jié)果，詳細(xì)分析了分布式電源接入對配網(wǎng)電壓偏差的影響規(guī)律，并得出結(jié)論如下：

（1）同一位置上接入的分布式電源，對電壓偏差的影響程度隨容量的增大而增大；相同容量的分布式電源，接在較低電壓等級母線產(chǎn)生的電壓偏差大于接在較高電壓等級母線的情況。

（2）在滿足國家標(biāo)準(zhǔn)條件下，接入35kV母線的DG滲透率可達(dá)80%以上，接入0.4kV母線的DG滲透率可達(dá)51%。

（3）考慮到配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，小容量、滲透率較低的分布式電源更適合接于0.4kV低壓側(cè)，大容量、滲透率較高的分布式電源更適合接于35kV中壓側(cè)。