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分布式光伏接入对农村配电网的影响分析成都兴通电研电力科技有限公司 胡洪铭 陈 蓉 李 静摘要：由于分布式光伏存在供给不稳定、电能质量无法保证等问题，会对农村配电网的电压、潮流、网损、电网运行可靠性产生不利影响。本文讨论了分布式光伏接入农村电网后，对配电网潮流方向、电网电压、网损的影响进行了分析，供同行参考。关键词：分布式光伏；电压；潮流；网损光伏是一种资源丰富的可再生清洁能源，大力发展光伏、风能等可再生清洁能源，降低传统能源占比是我国达成双碳目标的必经之路。为努力实现“双碳”目标，我国不断开发新能源发电技术，现在对于光伏发电的开发主要集中在集中式发电与分布式发电两方面。对于负荷密度低且分散的农村电网，分布式发电凭借自身灵活、高效的特点得到了迅速传播。但是由于光伏能源自身所具有的不稳定性与波动性特征，其发电出力也容易受其影响，而这种影响势必会恶化较为脆弱的农村配电网的电能质量。基于以上原因，需要将分布式光伏对于农村配电网的影响进行研究分析，才能提出准确、有效的解决措施，提升电网电能质量。1 分布式光伏接入农网的影响1.1 对潮流的影响农村配电网大多为辐射状，线路潮流一般由电流侧产生，并直接作用于用户侧，属于单电源结构。分布式光伏接入农网后，会使原有电网结构由单电源变为双电源或是多电源，这样就有可能会使农网潮流方向发生改变，并且根据接入分布式光伏的容量不同，导致的潮流改变也就不同，主要分为以下三类。一是每个节点的分布式光伏电源出力均小于负荷的情况。此时电网的潮流方向仍与接入分布式光伏接入前一致，并且分布式电源出力能够满足部分负荷需求，因此各线路上流过的功率相较接入前有所减小。二是部分节点的分布式光伏电源出力大于负荷，但总的分布式光伏电源出力小于系统总负荷的情况。该情况下，电网部分线路的潮流反向，但从整体来看，电网的潮流流向仍与分布式光伏电源接入前相同。由于分布式光伏电源的出力能够满足系统部分负荷的需求，系统的线路功率整体变小了。三是分布式光伏电源总出力大于系统总负荷的情况。该情况下，整个电网的潮流流向与分布式光伏电源接入前完全相反，潮流大小也发生了改变。1.2 对电压的影响1.2.1电站功率因数变化对配电网电压影响分析村级光伏电站功率因数对配电网电压的影响，是在电站出力为100%装机容量情况下，考虑其功率因数为 0.95、0.98和1.0时并网点电压的变化。对上述村级光伏电站进行大负荷和小负荷运行方式下计算，并且满足通过380V 电压等级并网的变流器类型分布式电源，应具备保证并网点功率因数应在0.95（超前）0.95（滞后）范围内，通过10kV 电压等级并网的变流器类型分布式电源，应具备保证并网点功率因数应在0.98（超前）0.98（滞后）范围内的要求。最终得到的各个村级光伏电站并网点电压随2023.7 下 EPEM 41电网运维Grid Operation功率因数变化情况，从变化情况可知：村级光伏电站吸收无功功率，有利于降低并网点电压水平，吸收无功功率越多，并网点电压降低越多，村级光伏电站发出无功功率，并网点电压升高，发出无功功率越多，并网点电压升高越多，电压越限可能性更大。1.2.2光伏电站接入容量和位置对配电网电压的影响考虑到光伏电站接入的10kV 线路结构以及电站的并网方式具有相似性，以某35kV 变电站为例，分析村级光伏电站对配电网电压的影响。该变电站接有4条10kV 线路，并且共接入村级光伏电站6座，容量为81.5kW。计算考虑线路大负荷和小负荷两种运行方式，并满足以下两种控制条件：为满足负荷供电需要，变电站10kV 母线电压按1.05倍额定电压考虑；380V 电压变化的上、下限值分别取406.6V、353.4V，10kV 电 压 变 化 的 上、下 限 值 分 别 取10.7kV、9.3kV。最终得到的各个村级光伏电站并网点电压随装机容量从0%至100%变化情况，从变化情况可知：小容量村级光伏电站并网以后，有利于提高并网点的电压水平。随着容量越大，并网点的电压水平升高越多。当容量超过一定水平后，导致并网点电压水平越限；村级光伏电站越位于线路末端，并网点的电压水平升高越多，越容易出现电压越限的问题；小负荷方式与大负荷方式比较而言，小负荷方式由于反送村级光伏电站出力更多，各村级电站并网点电压更容易升高，处于线路末端的村级光伏电站并网点电压容易越限。2 对网络损耗的影响2.1 分布式电源接入对配电网网损的影响网络损耗会随着农村配电网的潮流分布的变化而变化，而潮流分布则会由于分布式光伏电源的接入发生改变。又因在分析网损时，配电网中有功功率的传输远大于无功功率传输量，因此此时只考虑有功损耗，不计无功损耗。以放射式配电网中第 K 段线路为例，对网络损耗进行分析计算，如图1所示。图中，Ui-1、Ui分别为节点 i-1和节点 i 的电压；Rk+jXk为第 k 段线路的阻抗：为节点 i 的本地负荷功率；为接入节点 i 的分布式光伏电源功率。在分布式光伏电源接入前，第 k 段线路的损耗为：（1）图1 配电网第 k 段线路节点接入分布式光伏电源图分布式光伏电源接入之后，第k段线路节点i的净输出功率为：，则第 k 段线路的损耗为：（2）在一般情况下，由于分布式光伏电源以单位功率因数运行，并且只向配电网注入有功功率，因此式可以简化为：（3）从此可知，当0 PiDPV2Pik时，第 k 段线路的损耗降低；当 PiDPV2Pik时，第 k 段线路的损耗最小；当 PiDPV Pik时，第 k 段的线路损耗增加。假设配电网共有 N 个节点、N-1段线路，那么分布式电源接入前后网损分别为：、，同样考虑分布式光伏电源以单位功率因数运，假设接入配电网的分布式光伏电源总量为 PiDPV，配电网线路的负荷总量为 P，也可近似得到，当0 PiDPV2Pi时，配电网线路的损耗降低；当 PiDPV=2Pi时，配电网线路的损耗最小；当 PiDPV2Pi时，配电网线路的损耗增加。2.2 电站接入容量对配电网网损的影响计算考虑线路大负荷和小负荷两种运行方式，由于在大负荷方式下，随着村级光伏电站接入容量的增加，10kV 线路的传输功率正向（变电站母线流向负荷）逐渐减小到最小值。小负荷方式下，村级光伏电站出力与负荷就地平衡后，随着村级光伏电站接入容量的增加，线路的传输42 EPEM 2023.7 下电网运维Grid Operation功率基本上呈现逐渐增大的趋势。经计算得到10kV 线路线损率随装机容量变化情况。由变化情况可知：随着村级光伏电站接入容量的增加，各条10kV 线路的线损率先减小后增大，呈现开口向上的抛物线形状。这是因为10kV 线路上的传输功率正向逐渐减小到最小值后，反向逐渐增大，最小值出现在村级光伏电站出力与负荷功率基本平衡、线路空载运行的时候。小负荷方式与大负荷方式不同之处在于，由于负荷小，线路传输功率基本上呈现反向逐渐增大的趋势，所以线损率变化曲线基本为抛物线上升段曲线。2.3 电站功率因数对配电网网损的影响村级光伏电站功率因数对配电网损耗的影响，是在电站出力为100%装机容量情况下，考虑其功率因数为 0.95、0.98和1.0时线损率的变化，在大负荷和小负荷运行方式下计算得到的10kV 线路线损率随功率因数变化情况。由变化情况可知：村级光伏电站吸收无功功率，配电网线路的线损率升高；村级光伏电站发出无功功率，配电网线路的线损率降低。这是因为在公式2中其他参数不变的条件下，村级光伏电站吸收无功功率时，QiDPV为负值，且 Ui降低，从而线损增加。并且村级光伏电站吸收的无功功率越多，线损率越高。同样，在式3中其他参数不变的条件下，村级光伏电站发出无功功率时，QiDPV为正值，且 Ui升高，从而线损降低。但是村级光伏电站发出的无功功率越多，线损率不一定越低，具体取决于 QiDPV与 Qik的大小关系。3 对配电网继电保护的影响农村配电网一般采用三段式电流保护（包含电流速断保护、定时限电流速断保护、过电流保护），该保护方法具有工作原理简单、保护可靠性高的特点。但该方式受电网接线方式与系统运行方式影响较大，当配电网中接入分布式电源后，配电网的继电保护会随着潮流的变化而发生受到影响。主要产生的影响有以下三种。保护误动：当 K3发生短路故障时，其故障电流由 PV 与 S产生，则 R1上将会流过由 PV 产生的短路电流，若 PV 过大，则 R1会误动，最终会切除 R1所在线路；保护灵敏度降低：当 K2发生短路故障时，K2流过的短路电流由 PV 与 S 提供，若 PV 接入的容量越大，S 提供的电流越低，流过 R1的电流也就越低，R1的灵敏度因此有所下降；保护失去选择性：当 K4发生短路故障时，若 PV提供的短路电流过大，R1将会误动。除此之外，由于 S 与 PV 产生的短路电流会优先流过 R3，因此可能会导致 R3误动，此时继电保护将失去选择性。参考文献1梁捷,梁广明,等.农村居民分布式光伏接入案例分析 J.农村电工,2022,6.2 黄立飞,王喜梅,等.整县屋顶分布式光伏接入影响分析 J.农村电气化,2022,5.3 刘昌.分布式光伏发电接入农村配电网的思考 J.农村电工,2022,4.4 严实.分布式光伏接入低压配电网对电压的影响J.电气开关,2021,6.5 邹伟华.分布式光伏接入对配电网电压稳定性的影响 J.大众用电,2021,11.图2 三段式电流保护