节点电压约束下多分布式电源接入的配电网极限容量研究

凌晓峰

摘 要：随着分布式电源在配电网中的渗透率越来越高，分布式电源对配电网的影响及配电网分布式电源接纳能力越来越引起人们的关注，本文从配电网节点电压方面出发，分析了分布式电源接入配电网引起电压越限的问题，进一步采用遗传算法计算了多个分布式电源接入配电网的极限容量。

关键词：分布式电源；电压越限；遗传算法；极限容量

1 分布式电源概述

1.1 接入配电网的分布式能源发电类型

分布式能源发电的应用多以分散的形式接入配电网运行，它们的接入会让配电网从传统的功率接收端转变为功率的发射端，使得整个网络转变成一个有源网络，各个分布式电源会对电压产生抬升的作用，其发出的有功会影响到配电网的潮流分布，而无功将会直接影响接入节点的电压，都可以对潮流的流向产生重大的影响，不仅如此，配电网大渗透率地接入配电网还会对配电网的继电保护，网络损耗，电能质量提出挑战。

分布式能源发电高渗透率接入会对配电网产生不良影响，如节点电压越限，支路载流量越限，短路电流越限定，电能质量降低，可靠性降低，保护出错等。

1.2 我国的分布式电源接入标准

在2010年和2011年，我国的国家电网公司先后颁布了针主动对配电网中分布式电源的系列标准，包含Q/GDW 666-2011《分布式电源接入配电网测试技术规范》等三项企业标准，这三项标准主要适用于十千伏以下的电压等级的配电网接入得到分布式电源。除了针对各种类型DR的统一标准之外，国内还发布了一些针对具体DR形式的并网标准，如GB/T 19963《风电场接入电力系统技术规定》，Q/GDW 617《光伏电站接入电网技术规定》。

2 配电网分布式电源的极限容量研究

2.1 链式网建模

在此，本文将分布式电源当成具有恒定功率因数的PQ节点，在数值考虑上直接将其设定为负的负荷，并且可以假设分布式电源直接接在负荷节点之上，且功率因数为1，即工作在单位功率因数的工况下。

对于一个20个节点的链式网建模：

基准电压10.5KV，基准容量为10MVA：并且在第20个节点上装设了一个DR。参数设置如文献[3]算例。

根据潮流计算公式

可以得出该链式网的电压降落，同时考虑电压波动

U2为DG之后的各个节点的电压数值，U1为不接入DG的沿线电压值，根据上式可以做出各个节点的电压波动情况。

分析可知：（1）分布式电源对线路的电压会有良好的支撑效果，随着分布式电源的渗透率提高，该效果越明显。（2）电压波动最剧烈的点在分布式电源装设地点，由上图可以知道，当分布式电源为基准容量的0.3倍的时候，电压波动已经超过了国家规定的2%。（3）当接入配电网的分布式电源大到一定程度之后，线路的潮流将会改变，使得节点的电压升高，甚至超过限定值。

因此分布式电源对电能质量最恶劣的影响应该是接入线路末端的情况。

2.2 多电源接入的线路極限容量

2.2.1单电源接入的极限容量

对于单电源的极限容量 可以采用上一节使用的爬山法求得单个电源的极限容量，即：使单个电源的功率从0开始累加，然后每累加一次求一次馈线上的节点电压，若没有越限，则继续累加，直至累加到某一节点电压超过电压规定值时，前一迭代次数的功率值即为电源的最大功率。

2.2.2多电源接入的线路极限容量

本文利用遗传算法来计算多个分布式电源的最大功率的求解。

在此本文假设：

（1）分布式电源处于单位功率因数状态。（2）由于是求极限容量，因此宜假设整个线路的负载处于轻载状态，假设此时的线路负载为前例的十分之一。（3）假设有三个分布式电源连接在节点5，节点10，节点15上。（4）每个节点的分布式电源有上限，上限设定为标幺值1，实际的最大值为10MVA。

因此该问题就转变为：求出在电压越限为约束条件的情况下的三个电源的功率之和的最大值。

其等式约束又被潮流方程自动满足，约束条件如下：

在满足电压越限约束条件之下，选取最大的功率值，交叉概率取0.85，变异概率取0.05，染色体长度为75，种群数量为30个，迭代次数250次。

最后可以得出三个分布式电源的容量：

可以得出几个结论：

（1）本文建立的考虑静态安全约束的分布式电源准入容量的数学模型及其优化算法能够方便的确定分布式电源的准入容量。（2）分布式电源接入配电网之后对配电网的影响是复杂的，在每个节点负载相差不大的情况下，应该先使线路前端的分布式电源满载发电，这是因为越往线路末端，该电源对线路的影响就越大。（3）分布式电源的极限容量跟每个节点的负载关系密切，节点负载高，则可以提高该节点的入网功率。

3 不足与展望

本文的研究内容限于分布式电源处于单位功率因数的运行状态之下，实际上，尽管电网公司不要求低压配电网中的分布式电源参与有功频率调整和无功电压调整，但是随着分布式电源的渗透率不断地提高，分布式电源开始在配电网中扮演越来越重要的角色。

参考文献：

[1]李清然，张建成.含分布式光伏电源的配电网电压越限解决方案[J].电力系统自动化，2015，39（22）：117-123.

[2]沈鑫，曹敏.分布式电源并网对于配电网的影响研究[J].电工技术报，2015，30（S1）：346-351.

[3]王志群，朱守真，周双喜，黄仁乐，王连贵.分布式发电对配电网电压分布的影响[J].电力系统自动化，2004（16）：56-60.