分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響分析

韓紫燁 駱寧 朱珈葳 李強(qiáng) 方謙

摘? 要：隨著現(xiàn)代化社會(huì)對(duì)能源需求的急劇提升，分布式能源得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。大量分布式電源的接入，對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)也產(chǎn)生了多方面的影響。為充分研究分布式電源接入配電網(wǎng)后對(duì)其電壓產(chǎn)生的影響，利用MATLAB軟件的SIMULINK功能模塊，對(duì)分布式電源和典型負(fù)荷兩個(gè)部分分別搭建了典型的配電網(wǎng)模型，并從分布式能源接入與否與接入位置兩個(gè)方面分析了其對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)產(chǎn)生的影響。經(jīng)MATLAB/SIMULINK仿真運(yùn)行得到配電網(wǎng)模型中各節(jié)點(diǎn)的電壓，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，找到分布式電源接入傳統(tǒng)電網(wǎng)中對(duì)其影響較小的位置，即配電網(wǎng)系統(tǒng)的中部以及靠近配電網(wǎng)母線的位置。

關(guān)鍵詞：分布式電源;配電網(wǎng)電壓;電能質(zhì)量;MATLAB/SIMULINK

0? ? 引言

作為一種利用可再生能源、清潔能源進(jìn)行綠色發(fā)電的技術(shù)，分布式電源相比于使用化石能源發(fā)電的傳統(tǒng)電網(wǎng)有著巨大的優(yōu)勢(shì)。分布式電源大多就近安裝在配電網(wǎng)中的用戶端，不僅減少了線路的功率傳輸損耗，而且還降低了線路修建成本，提高了能量的利用率。但是，在分布式電源給人類帶來(lái)諸多益處的同時(shí)，也隨之附帶了很多問(wèn)題，例如，其不確定性對(duì)電網(wǎng)電壓造成的波動(dòng)和影響、運(yùn)行時(shí)注入電網(wǎng)的諧波污染等等。因此，如何減小分布式電源接入電網(wǎng)后對(duì)其產(chǎn)生的各方面影響，也就成為了另外一個(gè)人類科技進(jìn)步路上必須克服的難關(guān)。

1? ? 分布式電源模型構(gòu)建

在分布式電源模型選取的過(guò)程中，使用最簡(jiǎn)單的PQ節(jié)點(diǎn)類型來(lái)描述分布式電源，即其發(fā)出的有功和無(wú)功均為恒定值。故而在MATLAB/SIMULINK的模型構(gòu)建中，選擇將分布式電源描述為一個(gè)恒功率的簡(jiǎn)化模型。

考慮到目前最常見的有光伏、風(fēng)電等分布式新能源電源，本文中以定速風(fēng)電機(jī)組為例，在MATLAB/SINULINK中對(duì)其描述如下：

其在SIMULINK庫(kù)中的模塊如圖1所示。

其中wind用來(lái)設(shè)置模擬風(fēng)電場(chǎng)的實(shí)際輸入風(fēng)速;trip用于設(shè)置風(fēng)電機(jī)組是否投入，0為投入，1為切除;A、B、C三相為風(fēng)電機(jī)組的定子電壓輸出端，用于接入配電網(wǎng);m則包含風(fēng)電機(jī)組的8個(gè)內(nèi)部信號(hào)。

風(fēng)機(jī)模塊的參數(shù)配置如圖2所示。

External mechanical torque：外部機(jī)械轉(zhuǎn)矩，決定風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輸入量的來(lái)源方式。此處為了仿真的方便，不選中此項(xiàng)，即為選擇風(fēng)速輸入方式;此外，還需要設(shè)置風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)速為9 m/s，即風(fēng)速為某一額定值時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出某一額定電功率。

2? ? 典型負(fù)荷模型構(gòu)建

為便于問(wèn)題的分析，選取對(duì)稱三相的其中一相來(lái)進(jìn)行分析，此處用到的是三相串聯(lián)RLC對(duì)稱負(fù)載。在搭建典型的配電網(wǎng)模型時(shí)，在代表配電網(wǎng)每級(jí)饋線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上均并聯(lián)一個(gè)相同容量的靜態(tài)三相串聯(lián)RLC負(fù)載。

為方便分析分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，此處設(shè)置負(fù)載均為PQ類型的負(fù)載，即其消耗的有功和無(wú)功為一定值，參數(shù)設(shè)置如圖3、圖4所示。

在負(fù)載的參數(shù)配置中，設(shè)其額定電壓與配電網(wǎng)電壓均為35 kV，額定頻率為我國(guó)工頻，額定有功與感性無(wú)功分別為1 MW、0.484 Mvar（對(duì)應(yīng)的負(fù)載功率因數(shù)為0.9）。至此，典型的負(fù)荷模型已構(gòu)建完成。

3? ? 分布式電源對(duì)配電網(wǎng)電壓影響的仿真研究

在本文中，母線用三相電壓電流測(cè)量工具（即Three Phase V-I measurement）代替，即用做母線，還可以測(cè)量該段線路和節(jié)點(diǎn)上的實(shí)時(shí)電壓、電流值。圖中引用了四條母線，故主要的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)分別編號(hào)為0、1、2、3、4、5。

分布式電源接入電網(wǎng)的SIMULINK仿真圖如圖5所示。

在各母線上均接有三相RL型恒功率負(fù)載，選用了四個(gè)模型、參數(shù)均相同的負(fù)載來(lái)表示，分別接于0、1、2、3、4、5號(hào)節(jié)點(diǎn)上（負(fù)載參數(shù)均設(shè)為功率為1 MW，功率因數(shù)為0.9）?？紤]到實(shí)際應(yīng)用時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)與輸電線路的電壓等級(jí)存在差距，還需在分布式電源與輸電線路之間接入一臺(tái)三相臺(tái)式雙繞組變壓器。

3.1? ? 研究分布式電源的有無(wú)對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響

為分析分布式能源是否接入對(duì)配電網(wǎng)電壓所產(chǎn)生的影響，分別測(cè)量在5號(hào)母線節(jié)點(diǎn)、4號(hào)母線節(jié)點(diǎn)接入風(fēng)電機(jī)組前后，配電網(wǎng)各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上的電壓值。

在5號(hào)節(jié)點(diǎn)接入分布式電源，其仿真結(jié)果如圖6所示。

在MATLAB中畫出的電壓曲線如圖6所示，下方線條為在末端5號(hào)節(jié)點(diǎn)接入功率為1 MVA的DG，上方線條為系統(tǒng)未接入DG，對(duì)比分析可知接入分布式電源后系統(tǒng)電壓水平整體升高。

類似地，在3號(hào)節(jié)點(diǎn)接入容量相同的同一分布式電源風(fēng)電機(jī)組，其電壓曲線與未接入DG的對(duì)照組電壓曲線如圖7所示。

由仿真結(jié)果可知，接入分布式電源后，除與無(wú)窮大功率電源直接相連的節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)電壓值均有一定程度的抬高。分布式電源的接入，減少了所接負(fù)載前端的潮流流動(dòng)，從而降低了沿線的電壓損耗。

3.2? ? 研究分布式電源接入位置的不同對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響

為分析接入位置的不同對(duì)配電網(wǎng)電壓產(chǎn)生的影響，分別在1號(hào)至5號(hào)節(jié)點(diǎn)投入相同容量的分布式電源，仿真結(jié)果在MATLAB中所描繪出的曲線如圖8所示。

最下面的曲線表示配電網(wǎng)未接入分布式電源時(shí)系統(tǒng)中的電壓分布曲線，其他的電壓曲線表示同容量、同類型的分布式電源分別接入配電網(wǎng)模型中的5個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)中的電壓分布。從圖8可以得出：由于所接入的位置不同，同一分布式電源對(duì)同一配電網(wǎng)電壓的影響也有很大的不同。

4? ? 結(jié)論

根據(jù)前文的理論分析與仿真結(jié)果的對(duì)比分析，得到并驗(yàn)證了最終結(jié)論：

（1）配電網(wǎng)系統(tǒng)在接入分布式電源之后，各節(jié)點(diǎn)電壓均被一定程度地抬高，且電壓隨著分布式電源接入容量的增大而增大。

（2）分布式電源對(duì)接入點(diǎn)前的潮流影響更大，故分布式電源接入的位置越靠后，系統(tǒng)電壓分布變化越大，電壓曲線抬高得越多。

因此，分布式電源更適合接入配電網(wǎng)系統(tǒng)的中部以及靠近配電網(wǎng)母線的位置。

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收稿日期：2020-06-15

作者簡(jiǎn)介：韓紫燁（2000—），女，湖北武漢人，研究方向：電氣工程及其自動(dòng)化。