分布式光伏接入配网对电压的影响及措施

张春祥，张艳

（1.国家电网山东省电力公司冠县供电公司，山东聊城，252000；2.国家能源聊城发电有限公司，山东聊城，252000）

0 引言

当前由于化石能源的过分采集导致其已经面临濒临枯竭的情境，发展新型能源来替代传统能源已经迫在眉睫。光伏发电由于其来源的可持续和分布的广泛性而成为日益重要的一种能源获取方式[1-6]。山东省某地区是国家规定的新能源发电的试行地区，在太阳能发电和生物质能发电等新能源发电方式上都取得了突破。太阳能发电又是其中的重点项目，因此深入研究分布式太阳能发电对电网的影响，为以后进行大规模铺设提供实验参考数据具有重要意义[7-9]。

本文首先研究了分布式光伏接入配电网后对整个用电电网电压的影响，并根据实际情况提出了解决电压超限的措施建议，使电压保持在可偏差范围内。本文研究成果对新能源发电方式的有效开发利用，推动新能源发电项目开展，保护人民财产安全具有重要借鉴意义。

1 光伏发电接入时电压的计算方法

图1 为多个分布式屋顶光伏发电接入的低压线路负荷分布。由图可知，在线路中绝大多数的使用者都部署含有屋顶的光伏线。

图1 多光伏发电接入线路负荷分布

将全部光伏发电接入线路中，与此同时，我们不考虑无功功率的影响，此时对应的第m为使用者位置上的电压值是：

需要额外注意的是，若能够推出U m−Um−1<0，即线路上第m位使用者及其后方位置上的全部功率之和大于线路上总的功率之和，电压降低；若，能够推出即线路上第m位使用者及其后方位置上的全部功率之和小于线路上总的功率之和，电压升高。线路上的最高电压视具体项目而定，其数值应该小于电压偏差规定的最高点电压Umax。

2 光伏发电引起东阿县配电网电压的变化情况

■2.1 测试线路的组成结构

为了能够客观地研究区域内不同供电所内光伏发电申请数量差别较大，为了研究光伏发电接入后，0.4kV配网电压的变化规律，按照单一变量的原则，初步选择了一个地理位置跨度较大、申请数量差别较大的供电所。根据图2我们可以得到其采用的具体接入以及并网设计细节。

图2 分布式电源接入10KV配电网

选定了处于该地区西部用电较为集中且数值为10kV的商业区域。该区域包含的线路总长为9km，线路型号为LGJ-300mm2，线路电压等级10kV，该系统总有功负荷5.9MW，总无功负荷3.29MW，功率因数0.9，线路每千米阻抗Z=0.08+j0.25Q。具体该线路的分布示意图如图3所示。

图3 监测布点示意图

■2.2 电源接入线路电压的变化

(1)光伏电源接入容量的影响，图4为线路电压受到对应电容量的具体影响。每个光伏发电容量为 0.0065MW时，末端电压为406 V。其中当使用者将其调至峰值时，在整体结构固定的条件下，此时每位使用者最大程度可以接受电容量是0.0065MW，而线路上7位对应的总电量是0.052MW。

图4 不同容量光伏发电分散接入后的线路电压

(2)光伏电源接入不同用户（位置）的影响，图5代表的是将总容量0.05 MW平均分散接入7位使用者，线路电压变化曲线和集中接入时线路电压变化曲线的比较。可看出，分散接入的方式可以导致电压升高，此时上升的具体数值要介于线路末端与初始端对应的电压上升值之间。

图5 总容量为0.05MW的光伏发电分散接入和集中接入不同用户后的电压

3 分布式光伏发电接入时的实际方案研究

■3.1 措施I-末端补偿电抗器补偿

图6 表示的是针对所监测的每户在接入0.01 MW 光伏发电造成电压越限情况。当选取最小的补偿容量即为0.03 Mvar时，用户线路末端的电压能够达到404 V，此时整条线路上各点的电压都能够符合国际标准的要求。在满足所需要求的情况下，选取小一点的补偿容量即可。

图6 采用电抗器补偿后的电压变化情况

■3.2 措施II-中央主控+逆变器无功功率控制

根据实际情况，我们分别选择两种不同策略，依次计算各自对应的无功功率。具体方案如下：

(1)逆变器控制方案I。采用方案I时，每2个用户之间的电压差为：

由Um+1−Um=0可以得到各个逆变器理论上对应的无功功率值QU1=QU4=QU7=0.023Mvar，QU2=QU3=QU5=QU6=0.021 Mvar，利用曲线如图7所示。

(2)逆变器控制方案II，控制线路末端的电压不超过Umax。在第2种情况下，按照前面所提到的策略，首先将其余7位使用者逆变器输出的无功功率设定成0.0058Mvar，总容量是0.043Mvar。

从曲线图7中分析可知，在此策略下，逆变器对应的电压值稳定在380V左右时，此时对应的无功功率可以大幅度降低，各用户获得的电压值也均可满足相关要求。

图7 采用逆变器控制方案I、方案II后的电压变化情况

■3.3 措施III-安装储能装置

图8 为在各用户成功接入0.01 MW的光伏发电后，6个用户的电压在所监测的20小时内的变化情况（由于监测时监测设备的故障，7号用户数据不完整，故对1-6号用户进行分析）。由图8可以看出，在所监测的6个用户中，6号用户的电压值最高。而且在光伏发电接入后的8~16小时的时间段，6号用户的电压超出1.03 pu。因此，可以在8~16小时内控制各自的出力值均保持在5kW不变，则此时总计可以存入电能可达34kW·h，以上后备能量能够在出力减弱的时间体现作用。

图8 分布式光伏接入后用户的电压与时间的关系趋势

图9 代表了多个光伏发电接入并且加入储能装置后，各用户线路上的各点电压在所监测的时间段的变化曲线。通过图9可以看出，在本次所监测的20小时内，线路中所有用户获得的电压值都能够满足我们的要求。

图9 装有储能装置的光伏接入后用户的电压与时间的关系趋势

4 结论

本文以山东省某地区采用的光伏发电技术为研究对象，探讨了光伏发电对电网电压的影响因素，并对光伏发电接入后电压越限问题提出解决措施，得到以下结论。

(1)将光伏发电技术引入配电网后，在一定程度上可以提升线路中的各点电压。

(2)相同容量光伏发电，分散接入的方式可以导致电压升高。光伏发电容量较大时，易导致电压值超出规定负荷。

(3)通过安装一定量的储能装置，可以借助该装置储存无法完全利用的电能，能够对电压波动起到缓冲、抑制作用。