光伏并网对地区电网线损的影响

苏 阔，郭 莉，李 钦，杨春宇

（1.国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春 130021；2.国网延边供电公司，吉林 延吉 133000）

近年来，太阳能光伏发电发展较为迅速，而吉林省目前光伏发电处于起步阶段，陆续有分布式光伏发电项目并网。由于目前分布式光伏发电装机容量很小，对地区电网的降损起到了积极的作用，但随着越来越多的分布式光伏电源接入电网，并网的光伏电源将会对地区配电网的线损产生不可忽略的影响［1］。由于吉林省西部地区太阳能资源丰富，除西北部为大兴安岭东麓低山丘陵外，绝大部分地区在海拔200 m 以下，地势平坦，是全省热量最高的地区。可供太阳能发电的土地资源约10 137km2，地理坡度为0.3%左右，是太阳能发电的理想选址［2］。本文以吉林省某地区的网架结构为例，分析了光伏电源在接入位置、接入容量及接入电压等级这3个方面对吉林省西部某地区电网线损的影响。根据大量的理论计算结果，给出光伏并网的理论性建议。

1 光伏并网对地区电网线损的影响分析

光伏电源在接入地区电网之后，整个电网的潮流分布将发生变化，电网中功率的流向也不单是由馈线向负荷流动。从当前的研究分析来看，接入地区电网的积极因素之一就是降低了地区电网的线损。假设线路上电压均相同，忽略引入光伏电源后电压的变化，推导光伏电源接入容量、接入位置与线损之间的关系［3］。光伏电源接入电网模型见图1，接入一容量为PW＋jQW的光伏电源，R＋jX为线路总阻抗，k%为光伏电源接入位置到送端的距离占线路的百分比。

图1 光伏电源接入电网模型图

当线路没有接入光伏电源时，总线损为：

当线路中有光伏电源的接入时：

式中：ΔP1为送端母线到光伏电站之间的线损损耗；ΔP2为光伏电站到首端母线之间的线路损耗。

所以，系统的总损耗为：

接入光伏电源后相对于没有接入光伏电源的线损增量ΔPLOSS为：

由以上各式可以看出，光伏电源在接入配网以后对地区线损的影响主要体现在接入位置和接入容量上。由此可见，光伏电源的接入可能减少也可能增大地区电网的线损。线损的高低取决于光伏电源的接入位置、容量、电网的网架结构及负荷分布［4］。

2 光伏电源接入地区电网的方案分析

吉林省西部某地区配电网拓扑结构见图2。由图2可看出，此地区为24节点的66kV 配电网络，是典型的辐射型网架结构，一共有2个电源输出点，分别为节点1，节点2。其中节点1与220kV 主网相连，在以下的计算过程中均设置此节点为平衡节点；而节点2为H 风电场，在计算中设置为PQ 节点。本地区共有7个直供用户，分别接在节点5、6、11、16、18、20、24，理论线损计算日直供总负荷为24.399MW＋j12.55Mvar，其他节点均通过公用变压器向下一电压等级电网输送电量。本配电网中，系统的理论计算日平均总负荷为65.091 MW＋j28.517 Mvar。吉林省某地区配电负荷分配结构见图3。

图2 吉林省某地区配电网拓扑结构图

H 风电场当前接入容量为148.5 MW，预计2014年底装机容量进一步提升为198 MW。线损理论计算日24h的出力情况见图4（以母线指向线路的方向为正方向）。

在理论计算日，系统的网架结构不允许改变，影响电网线损的因素仅仅与负荷大小、电源出力有关。以下研究光伏的接入对地区配电网线损的影响。

图3 吉林省某地区配电网负荷分配结构图

图4 H风电场理论计算日24 h出力情况

2.1 光伏电源在接入不同位置时

假设光伏并网的容量为15 MW，采用恒功率因数运行模式，功率因数为0.9，平均出力率为50%。现改变光伏电站的接入位置，进而比较在不同的接入位置下地区电网的线损情况。为便于计算，忽略光伏电站联络线对于地区电网损耗的影响，假设各节点距离光伏电站相等，接入各个节点后地区电网的线损见表1。

表1中光伏电源接入节点1等同于在地区的配电网中没有光伏电源的接入，此时的供电量为67.192 MW·h，地区电网的线损率为3.13%。当光伏电站接入不同节点后，地区电网的线损率出现了不同幅度的升高或降低，其中最高线损率出现在节点20，最低线损率出现在节点11。进一步分析发现接在11母线的节点负荷为10.564 MW，占总负荷的16.23%，而此时刻光伏电源的出力为7.5 MW，完全被就地消耗掉，在节点8、9、10线损率都比较低，虽然这几个节点的负荷都很小，但由于与节点11的电气距离很近，光伏电源出力在地区电网的流动相对较少，因此地区线损率较低。

通过光伏接入电网不同的节点的结果分析，可以得出以下结论：

a.负荷分布、地区电网的网架结构、光伏电源的装机容量及平均出力率直接影响了光伏电源的最佳接入点；

表1 光伏电源接入不同节点时地区电网的线损

b.地区的负荷率对光伏电源接入电网后系统线损的影响较大。光伏电源接入点一般选择负荷率较高且距离负荷区较近的节点。

2.2 光伏电源在接入不同容量时

在光伏电源的接入容量对地区电网线损的影响方面，主要是从光伏电源此时为最大出力的角度分析。假设网架结构及负荷分布结构不变，分析光伏电源的装机容量与地区电网的关系。

光伏电源在不同接入容量下对地区电网线损的计算结果见图5，其中光伏电源接入13节点。

图5 光伏电源入接13节点时地区电网线损的计算结果

假设光伏电源处于满发状态，且接入位置为16，在网架结构及负荷分布结构不变的情况下，分析光伏电源的装机容量与地区电网的关系见图6。

通过对图5、图6的分析及光伏电源注入其他节点的仿真结果，得到如下结论。

a.光伏电源接入地区电网后，在一定的并网容量范围内能够降低地区电网的线损率，但光伏电源的容量过大也会增加电网的线损。通过对该地区光伏电源注入的仿真结果分析可得出：当光伏电源容量小于地区电网负荷时，能够减少地区电网的线损。

图6 光伏电源接入16节点时地区电网线损的计算结果

b.光伏电源的注入，使得地区电网线损率最低，该时的容量可称为并网最优容量。最优容量与地区电网的网架结构、负荷结构及大小密切相关。负荷越大，最优容量越大，当光伏电源注入节点与主网变压器（即节点1）的电气距离越近时，最优容量越大。最优容量近似等于注入节点所连线路的后续负荷总量。在一般情况下，并网最优容量低于地区电网的负荷总和，通过对所有节点的仿真结果显示，其范围为地区负荷的20%～40%。

2.3 光伏电源在接入不同的电压等级下

在保持网架结构不变的情况下，光伏电源的接入位置定为节点18，接入容量为6 MW＋j1 Mvar，分析光伏电源在接入不同电压等级下地区电网的线损率。保持电网的网架参数不变，但为了保证潮流计算均能收敛，负荷降低为原来的15%，为9.764 MW＋j4.277 Mvar。电压等级选择为10 kV、66kV 和220kV，计算结果见表2。

由表2的分析及光伏电源接入其他节点的仿真结果可以看出：在电网参数及网架结构不变的情况下，光伏电源接入的配电网电压等级越高，线损越小；因此合理选择光伏电源接入电网的电压等级，不仅可以实现电网的安全稳定运行，还能够把地区的电网损耗降到较低水平。

表2 光伏电源接入不同电压等级对地区电网线损影响

3 结论

本文以吉林省某地区电网为例，分析了光伏电源在接入地区电网的电压等级、容量及位置这三个方面对电网线损的影响，结论如下。

经过理论计算，光伏电源在接入地区电网后，其最优线损的选择为：优先选择电压等级最高的节点，接入节点尽可能靠近上一电压等级变压器侧，且所接节点负荷的比重尽可能大，光伏电源的最优容量大致占该地区负荷总量的20%～40%。

从地区电网线损的角度分析，只要光伏电源容量不是很大（远远高于地区负荷），对电网的线损降低有较大的作用，从这个角度来看，发展光伏电源对地区电网有利。

［1］ 牛迎水.电力网降损节能技术应用与案例分析［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［2］ 齐胜涛.太阳能光伏发电的现状与发展综述［J］.电力与能源，2011，35（3）：42－45.

［3］ 陈海焱，陈金富，段献忠.含分布式电源的配电网潮流计算［J］.电力系统自动化，2006，42（4）：14－17.

［4］ 张勇军，翟伟芳，林建熙.分布式发电并网的网损影响评价指标研究［J］.电力系统保护与控制，2011，（13）：45－48.