分布式发电对配电网电压分布影响分析

分布式发电对配电网电压分布影响分析

谢道波

云南京建轨道交通投资建设有限公司，云南昆明 650000

摘要：无论是城市配电系统、农村配电系统或者工厂配电系统，都是以输配电系统和用户端没有接入任何电源供电系统为基础设计建设的。当配电系统中接入一定数量的DG(Distributed Generation-DG)之后，将会对配电系统的整体配置和运行方式产生影响。^【1】由于DG的接入，用户侧线路负荷减小，致使输配电网络电压损耗降低，各负荷点的电压都会有所抬高。电压抬高的量与DG的接入位置及其容量的大小有关。文中讨论了DG对配电网电压变化所产生的影响，并通过数学计算总结DG的接入位置和接入容量变化所引起的不同影响结果。

关键词：分布式发电 配电系统 电压

一、含有DG的配电网模型

模型如图1.1所示，在距离系统电源 处，接入一个注入电流为 的DG。

图1.1 接入DG的配电网模型

文中用到的符号说明如下：

：线路总长

:DG的接入位置

:流入负荷的电流

:DG输出的电流

:系统电源电压

:单位长度的线路电阻

:单位长度的线路电抗

:电源输出的电流

:线路 处的电流

：线路 处的电压

：线路总的负荷容量

：DG容量

设定用户侧线路上负荷连续，那么从供电线路中 处流向用户侧的电流可以表示成对应距离的函数，用 表示。

显然线路上 的总负荷为：

(1.1)

处的电压为：

(1.2)

在 处接入一个DG后，其接入位置前后被分为两个区间分别计算馈线电压，此时 可以表示为：

(1.3)

在配电系统中，某个节点的功率是由两侧向其流动的，分为有功分点和无功分点。配电系统中的有功分点和无功分点通常不会是同一节点，但由于配电系统中有功功率较高，无功功率可忽略，功率分点一般代指有功分点，在该节点处潮流方向会发生改变。若在馈线的 处，_，则 处即为线路的功率分点。一般情况下，功率分点常常对应着局部极小电压的位置。^【2】

二、仿真分析

假设系统母线电压为1.05pu；馈线长度标幺化为单位长度；馈线的阻抗平均分布，且沿馈线长度满足线性增长的关系，总阻抗为0.2pu； 等于0.5pu，增长速度为每单位长度1pu，即 。将以上参数代入公式(1.2)，得到无DG时 处的电压：

(1.4)

三、DG位置对配电网电压分布的影响

假设DG的容量为线路总负荷的50%，即

此时， 处的电压为：

(1.5)

分别取DG的接入位置为0.4、0.6、0.8、1.0，进行仿真分析。各曲线编号与DG位置参数对应如表1.1所示：

表1.1 DG接入位置对应的曲线编号

图1.2 DG位置变化引起的电压变化比较

由以上图中可以看出，DG接入点之后的线路电压分布曲率与无DG时的曲线曲率相同，并且均相差一个常数 。也就是说，DG只是将接入点之前的电压提高，而接入点之后的电压由于接入点处的电压升高而整体升高。根据以上分析的这种电压分布规律，可以得到一种简单的方法用来画出DG放置在任一点处的电压分布曲线。具体绘制方法如下：从曲线5(即DG在负荷处接入系统)上找到DG接入点处的电压(如0.4，0.6，0.8)，从该点作一条与曲线1相同曲率的曲线，即得到此时的电压分布曲线(如曲线2，3，4)。

并且可以看出，DG接入地点越靠近线路始端，电压分布曲线越低；越靠近线路末端，曲线位置越高，电压改善的效果也就越明显。^【3-4】

四、DG容量对配电网电压分布的影响

假设DG的接入位置为线路总长度的50%处，则DG位置之后线路总的负荷为

即为线路总负荷的62.5%。

设定DG的容量与线路总负荷的占比分别为25%、50%、75%、100%进行仿真计算对比。当DG的容量占线路总负荷的比值为25%时， 处的电压为：

(1.6)

当DG的容量为线路总负荷的50%时， 处的电压为：

(1.7)

当DG的容量为为线路总负荷的75%时， 处的电压为：

(1.8)

当DG的容量为为线路总负荷的100%时， 处的电压为：

(1.9)

各曲线编号与DG容量参数对应如表4.2所示：

表1.2 DG注入容量对应的曲线编号

图1.3 DG容量变化引起的电压变化比较

当DG的接入位置不变时，容量越大的DG给电压分布带来的影响越大，使得电压提升越高。且当DG容量小于其接入点之后总的线路负荷时，DG接入点即为电源点到DG接入点线路中的电压最低点，最高电压出现在电源点(如曲线2，3)；当DG容量大于其接入点之后总的线路负荷时，电源点到DG接入点线路中的电压最低点为接入点之前的功率分点处(如曲线4)；当DG容量足够大时，DG接入点有可能成为配电系统中电压最高点(如曲线5)。

^【3-4】

五、结语

随着分布式电源并网项目的增多，其给电网带来的挑战也日益突显。分布式电源的接入，使配电网由原来的无源网变成有源网，且源的分布点较多。配电网系统的配置结构及负荷分布的改变，引起配电网中电压分布发生变化。文章中通过模拟控制DG接入位置、容量大小的改变，对配电网电压分布进行分析和仿真，得出了以下结论：

(1)DG接入点越接近系统电源侧，对线路电压分布的影响越小；越靠近用户侧，对线路电压的提高越明显；

(2)一定容量的DG可以使其接入点之前的电压得到提高，但对接入点之后的电压没有直接影响，只是改变了接入点的电压，从而后面的电压也跟着变化了；

(3)DG容量越大对电压的支持作用越大，从而使电压分布曲线提升越高；

(4)当DG容量小于其接入点之后总负荷容量时，前段线路的最低点为接入点处，而当DG容量大于后面线路总的负荷时，接入点处非前段最低点，而且当DG容量足够大时有可能成为前段最高点。^【5】

参考文献：

[1]刘磊.分布式发电接入系统的双目标优化.硕士论文.湖南大学.2009

[2]王守相,王成山.现代配电系统分析[M].北京:高等教育出版社,2007

[3]潘湘高.基于MATLAB的电力电子电路建模仿真方法的研究.计算机仿真,2003(05)

[4]王敏.分布式电源的概率建模及其对电力系统的影响.博士论文合肥工业.2010

[5]刘磊，江辉，彭建春.分布式发电对配电网网损和电压分部的影响[J].计算机仿真.2010（04）