分布式电源接入对配电网电压变化的分析

Ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｔｈｅ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ
ＣＨＥＮ Ｆａｎｇ１，ＷＡＮＧ Ｗｅｉ １，ＸＵ Ｌｉ－ｊｉｅ１，ＪＩＡＮＧ Ｆｕ－ｌｉａｎｇ２，ＣＨＩ Ｚｕｏ－ｗｅｉ ２，ＬＩ Ｈｕａ－ｓｈｕｎ２ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００４４，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｊｉｌｉｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｊｉｌｉｎ １３２００１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ （ＤＧ）ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｎｅａｒ ｔｏ ｌｏａｄ ｃｅｎｔｅｒ ｈａｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｅｒｉｏｕｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｍ－ ｐａｃｔｓ ｏｎ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ．Ａ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｌｏａｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ＤＧ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｓｕｐｅｒｐｏｓｉｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｅｘａｍｐｌｅｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｃｏｎｄｕｃｔｓ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｗｈｅｎ ＤＧ ｉｓ ｐｅｎｅｔｒａｔｅｄ ｉｎｔｏ ｒａｄｉａｌ ｆｅｅｄｅｒｓ ａｎｄ ＤＧｓ＇ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｒｉａｎｇｌｅ ｌｏａｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎ ｖｏｌｔａｇｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ，ａｎｄ ＤＧｓ＇ｏｕｔｐｕｔｓ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｃｈａｎｇｅ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｍａｒｔ ｇｒｉｄ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｖｏｌｔａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
第２４卷 第４期
电力系统及其自动化学报
Ｖｏｌ．２４ Ｎｏ．４
２０１２年８月 Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＣＳＵ－ＥＰＳＡ Ａｕｇ． ２０１２
分布式电源接入对配电网电压变化的分析
陈 芳１，王 玮１，徐 丽 杰１，姜 复 亮２，迟 作 为２，李 华 顺２
（ｒＰＤＧ ＋ｘＱＤＧ）］
（８）
同 理 ，可 分 析 情 况 ２，结 果 计 算 如 下 。
情况２ ｋ ＜ｄ ≤ ｍ Ｕｄ ＝Ｕ０ －ＵｄＮ ［（１－３ｄｍ２２）（ｒＰＬ ＋ｘＱＬ）］＋
ｒｋＰＤＧＵ＋ＮｘｋＱＤＧ
（９）
当网络参数，负 荷 参 数 给 定，ＤＧ 容 量 已 知 时，
ｄ 点的电压便可计算出来。
· １４６ ·
电 力 系 统 及 其 自 动 化 学 报 第２４卷
化，正确评估分布 式 电 源 对 配 电 系 统 带 来 的 影 响， 从 而 使 配 电 系 统 能 够 安 全 、稳 定 运 行 。
１ 含 ＤＧ 的配电网负荷分布模型
１．１ 分布式发电系统 对 于 可 再 生 能 源 分 布 式 发 电 系 统 ，是 一 套 多 电
１．２ 含分布式电源的负荷分布模型 配 电 网 的 基 本 单 元 是 馈 线 ，我 国 馈 线 电 压 等 级
大 多 是１０ｋＶ，每 条 馈 线 上 线 路 成 树 状 分 布 ，图２为 含 ＤＧ 的简单配电网放射式接线方式。
图２ 含 ＤＧ 的简单配电网放射式接线方式 Ｆｉｇ．２ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｒａｄｉａｌ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｗｉｔｈ ＤＧ
烄Ｐ０－ｄ
＝ ｄｍ２２ＰＬ，Ｐｄ－ｍ
＝
（１－
ｄ２ ｍ２
）ＰＬ
烅
Ｑ０－ｄ 烆
＝ ｄｍ２２ＱＬ，Ｑｄ－ｍ
＝
（１－
ｄ２ ｍ２
）ＱＬ
（１）
２ 电压分布计算
图１ 基于可再生能源的分布式发电系统结构图 Ｆｉｇ．１ Ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ
响的，但 是 因 其 对ｋ 点 电 压 的 提 高，间 接 影 响 了ｋ
点之后的电压，所以ｋ 点之后的电压损耗为
ΔＵＤＧ ＝－ｋｒＰＤＧＵ＋ＮｘＱＤＧ
（７）
２．３ 含 ＤＧ 的配电网电压损耗
情况１ ０＜ｄ ≤ｋ 根 据式（２）、（３）、（５）、（６）可得在情况１下ｄ点
的电压：
Ｕｄ ＝Ｕ０ －ＵｄＮ ［（１－３ｄｍ２２）（ｒＰＬ ＋ｘＱＬ）－
图３ 含分布式电源的三角形负荷分布模型 Ｆｉｇ．３ Ｔｒｉａｎｇｌｅ ｌｏａｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐｏｗｅｒ
当配电线路中只有系统电源单独作用时，ｄ 点
之前、之后的有功无功负荷 分 别 用 Ｐ０－ｄ 、Ｑ０－ｄ 、Ｐｄ－ｍ 、
Ｑｄ－ｍ 表示，则有：
依据图３ 所 建 模 型，设 线 路 始 端 Ａ 点 电 压 为 Ｕ０，线路 额 定 电 压 为 ＵＮ，ｄ 为 线 路 任 意 一 点，则 ｄ 点的电压为
Ｕｄ ＝Ｕ０ －ΔＵ ＝Ｕ０ －ΔＵｓｄ －ΔＵＤＧ
（２）
图３所建模型是含分布式电源的简单配电线
路，基于电路的叠加定理［１４］，分 别 考 虑 系 统 电 源 和
收 稿 日 期 ：２０１１－０１－０７；修 回 日 期 ：２０１１－０３－０９
并 网 运 行 时 ，在 某 些 情 况 下 会 对 配 电 网 产 生 一 定 的 影响，对需 要 高 可 靠 性 和 高 电 能 质 量 的 配 电 网 来 说，分布式发电的接入必须慎重 。 ［６，７］
一直以来，ＤＧ 接入对 配 电 网 电 能 质 量 的 影 响 是讨论的热点［８］。ＤＧ 接 入 在 给 电 能 质 量 带 来 积 极 影 响 的 同 时，也 会 给 电 能 质 量 带 来 消 极 的 影 响 。本 ［９～１１］ 文针对一种 典 型 的 负 荷 分 布 模 型，即 三 角形模型，并且基于 电 路 的 叠 加 定 理，对 所 建 模 型 进 行 电 压 分 布 计 算 研 究 ，通 过 分 析 研 究 分 布 式 电 源 出力变化，接 入 位 置 变 化 造 成 的 配 电 系 统 电 压 变
２．１ 系统电源单独作用
ΔＵｓｄ１ ＝ ｄｒＰｄ－ｍＵ＋ＮｘＱｄ－ｍ ＝
ｒ［（１－ ｄ
ｄ２ ｍ２
）ＰＬ
］＋ｘ［（１－ ＵＮ
ｄ２ ｍ２
）ＱＬ］
（３）
定义负荷密度ρ，且ρ＝ Ｋλ，其中 Ｋ 为负荷密 度系数，Ｋ ＝ｋ１ ＋ｊ ｋ２。从０点到 ｍ 处的总负荷为
ｍ
∫Ｋλｄλ ＝ ＰＬ ＋ｊ ＱＬ ０ 解 方 程 （４），可 得 负 荷 密 度 系 数 ：
（１．北京交通大学电气工程学院，北京 １０００４４； ２．吉林电力有限公司吉林供电公司，吉林 １３２００１）
摘 要：靠近负荷侧分布式发电 ＤＧ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）系统的接入对配电网电压有着多方面影响。文中给 出了一种含分布式电源的三角形负 荷 分 布 模 型，并 且 根 据 电 路 叠 加 定 理 提 出 了 基 于 此 模 型 的 电 压 分 布 计 算 方法。结合具体算例，研究了含分布式电源的放射状链 式 配 电 网 负 荷 节 点 电 压 变 化 情 况 ，分 析 了 分 布 式 电 源 的 电 压 调 节 作 用 。 研 究 结 果 表 明 ，含 分 布 式 电 源 的 三 角 形 负 荷 分 布 模 型 可 以 有 效 运 用 于 配 电 网 的 电 压 分 布 计 算 中 ；分 布 式 电 源 出 力 及 位 置 变 化 直 接 影 响 着 配 电 系 统 电 压 水 平 。 关 键 词 ：智 能 电 网 ；分 布 式 电 源 ；配 电 网 ；电 压 分 析 中 图 分 类 号 ：ＴＭ７１１；ＴＭ７４４；ＴＭ７２７．２ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００３－８９３０（２０１２）０４－０１４５－０６
源互相独立的发电系 统，它 采 用 直 流 总 线，由 发 电 单 元 、储 能 单 元 、控 制 单 元 和 模 拟 负 载 单 元 组 成 ，整 个系统的结构［１２，１３］ 如图１所示。
三角形的面积 表 示 负 荷 总 的 功 率，单 位 长 度 的 电 阻、电 抗 分 别 用 ｒ、ｘ 表 示，ｄ 为 配 电 线 路 中 任 意 一点。
ＤＧ 电源对配电线路 的 作 用，所 以 电 压 损 耗 ΔＵ 包 括两部分 ΔＵｓｄ 和 ΔＵＤＧ，其 中 ΔＵｓｄ 是 系 统 电 源 单 独作用引起的，包括两部分内容，ΔＵｓｄ１ 是由于ｄ 点 之后等效综合负 荷 引 起，ΔＵｓｄ２ 是 由 于 ｄ 点 之 前 以 三角形形式分 布 的 负 荷 引 起；ΔＵＤＧ 是 ＤＧ 单 独 作 用时引起的。
２．４ 负荷成均匀分布的配电网电压损耗
根 据 以 上 电 压 分 布 计 算 原 理 ，当 负 荷 均 匀 分 布
时 ，各 点 电 压 计 算 公 式 如 下 ：
情况１ ０＜ｄ ≤ｋ
Ｕｄ ＝Ｕ０ －ＵｄＮ （１－２ｄｍ）（ｒＰＬ ＋ｘＱＬ）＋
ｄ ＵＮ
（ｒＰＤＧ
＋ｘＱＤＧ
）
（１０）
由于越来越多的分布式能源渗透在配电系统 基 础 设 施 中 ，要 求 未 来 配 电 系 统 具 有 新 的 灵 活 的 可 重构的网络拓扑、新 的 保 护 方 案、新 的 电 压 控 制 和 新的测量 方 法［１，２］。如 文 献 ［３］研 究 了 多 个 分 布 式 发 电 系 统 的 配 电 网 无 功 优 化 算 法 ，这 对 于 减 少 网 络 功率损耗和提 高 电 压 质 量 有 一 定 的 作 用。一 般 认 为，分 布 式 发 电 ＤＧ（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）指 为 满 足 终 端 用 户 的 特 殊 需 求 、接 在 用 户 侧 附 近 的 小 型 发电系统［４］。文献［５］指出 分 布 式 发 电 可 以 包 含 任 何安装在用户附近的发电设施。当 ＤＧ 接入配电网
（４）
第４期 陈 芳等：分布式电源接入对配电网电压变化的分析
· １４７ ·
Ｋ
＝
２ ｍ２
（ＰＬ
＋ｊ ＱＬ），即ｋ１
＝
２ＰＬ ｍ２
，ｋ２
＝
２ＱＬ ｍ２
则
ｄ
ｄ
∫ ∫ ΔＵｓｄ２ ＝ ２ｍＰ２Ｌλ·ＵλｒＮｄλ＋ ２ｍＱ２Ｌλ·ＵλｘＮｄλ ＝
０
０
２ｄ３（ｒＰＬ ＋ｘＱＬ） ３ＵＮｍ２
为了分析含分布式电源的配电网电压分布情 况 ，采 用 一 种 典 型 的 负 荷 分 布 模 型 ，即 三 角 形 模 型 ， 由于负荷均匀分布模型对于线路上负荷分布严重 不均匀的情形，会带 来 较 大 的 误 差，而 事 实 上 线 路 上的负荷分布很少 是 均 匀 的，故 采 用 三 角 形 模 型， 以三角形面积表示负 荷 大 小，以 此 来 减 小 误 差，如 图３所 示 。假 设 馈 线 长 度 为 ｍ，在ｋ处 接 入 分 布 式 电 源，负荷总的有功和无功分 别 用 ＰＬ、ＱＬ 表 示，图 中
（５）
２．２ ＤＧ 单独Baidu Nhomakorabea用
当在ｋ 点处接入分布式电源，其 容 量 为 ＰＤＧ ＋
ｊ ＱＤＧ，配电线路中只有 ＤＧ作用时，则ｄ点前后电压 损耗分以下两种情况进行讨论：
情况１ ０＜ｄ ≤ｋ
ΔＵＤＧ ＝－ｄｒＰＤＧＵ＋ＮｘＱＤＧ
（６）
情况２ ｋ ＜ｄ ≤ ｍ 对于ｋ 点之后的 线 路，ＤＧ 对 其 是 没 有 直 接 影