王汉华，陈小明

（广东电网有限责任公司韶关供电局，广东韶关 512028）

0 引言

当前，全球化石能源日趋枯竭，环境污染问题日益严峻，推进风电、光伏等可再生能源的应用是实现能源可持续发展的重要举措。随着电力政策的放开，分布式电源(Distributed Generation，DG)以其投资成本低、发电方式灵活、绿色清洁等特点，受到了国内外广泛关注[1-2]。

DG的应用主要以接入配电网运行为主，这样既便于可再生能源的就地利用，又可以减少传输电能的损耗和延缓配电网的升级改造。DG的接入使单电源放射型的传统配电网络，变成多电源分散分布的有源网络，使得配电网的潮流分布更加复杂多变，对配电网电压质量、网络损耗和继电保护等造成影响[3-4]。随着DG接入容量的增大，配电网的安全、经济和可靠性受到了威胁[5-7]。文献[8]在Digsilent平台上仿真分析了分布式风电和分布式光伏接入对配电网静态电压稳定的影响；文献[9]研究了分布式光伏接入后配电网网损的变化规律；文献[10]基于威布尔—马尔科夫模型进行了分布式电源多运行状态的配电网可靠性分析。DG配电网的影响与其接入容量密切相关，文献[11]以渗透率描述DG接入容量与系统负荷的关系，并研究DG渗透率对电压的影响。上述研究往往通过仿真分析得到DG对配电网的影响规律，鲜有从机理上分析DG对配电网的影响。

因此，本文引入DG渗透率的概念，从机理上分析DG接入对配电网、电流和网络损耗的影响，并以典型10 kV配电线路进行仿真，研究DG渗透率对配电网运行参数的影响规律，最后提出提升配电网DG消纳能力的措施。

1 DG接入对配电网影响机理分析

如图1所示，为DG接入10 kV配电网的简化示意图，其中，配电线路共有n个节点，节点i上的负荷为PLi+jQLi,；线路Li上的阻抗为Ri+jXi；馈线首端为该网络的平衡节点，电压幅值为V0，节点i的电压幅值为Vi；DG接入节点为p，其输出功率为PDG+jQDG。下面将从机理上分析DG接入对配电网电压、电流和网损的影响。

图1 DG接入配电网的简化示意图

1.1 对电压的影响

配电网两节点间电压相角相差很小，因此忽略电压降落横分量，第m-1个和第m个节点的电压降落纵分量为：

由式（3）可知，DG接入后对配电网电压有抬升作用，DG接入容量越大，配电网电压抬升效果越明显。

1.2 对电流的影响

DG接入前线路Lm的电流为：

DG接入后线路Lm的电流为：

由式（5）可知，DG接入配电网后，对于DG接入节点后的线路电流没有影响；对于DG接入节点前的线路，随着DG接入容量的增大，线路电流逐渐减小，当DG接入容量足够大，线路电流出现反向，并可能超过线路最大载流量。

1.3 对网损的影响

DG接入前，配电网的总有功损耗为：

由式（7）可知，随着DG接入容量的增大，配电网线路总有功损耗先减小后增加：当DG接入容量较小时，DG接入配电网有利于减小有功损耗；当DG接入容量过大，DG接入配电网会增大配电网的有功损耗。

2 DG渗透率对配电网影响仿真分析

本文以一条实际配电线路仿真分析不同DG接入容量对配电网电压、电流和网损等运行参数的影响。该配电网拓扑结构如图2所示，其主干线总长度为10.5 km，配变总容量平均容量为300 kVA，配变负载率为35%，负荷平均功率因数为0.85。

本文采用渗透率描述DG接入容量的大小，渗透率定义为：DG总装机容量与配电线路最大负荷的百分比，具体如式(8)所示：

式（8）中：δ为配电线路渗透比，PDGi为第i个DG的装机容量，PLm为配电线路最大负荷。

随着接入DG渗透率的变化，配电网的电压、线路电流和网络损耗等指标也呈现出特定的变化规律。本文利用在Matlab软件调用Matpower工具箱进行潮流计算，设置DG渗透率分别为0%、10%、40%、70%、100%和130%，研究不同DG渗透率对配电网电压、线路电流和网络损耗等指标的影响。

图2 典型10 kV配电线路结构

2.1 不同DG渗透率对电压的影响

当DG在配电线路末端接入，DG渗透率为0%、10%、40%、70%、100%和130%不同情况下，配电线路主干沿线的电压分布如图3所示。

图3 不同DG渗透率下配电网电压分布情况

由图3可见，无DG接入时，配电线路沿线电压从馈线首端往线路末端逐渐减低，线路末端电压偏低，存在电压越下限的风险。DG接入配电网，对配电网电压有抬升作用，DG渗透率越高，抬升效果越显著。当无DG接入时对应线路沿线电压最低，当DG渗透率为130%时对应线路沿线电压最高。同时，随着DG渗透率的增大，从馈线首端到线路末端沿线电压分布存在三种情况：

①沿线节点电压逐渐降低；

②沿线节点电压先下降后上升；

③沿线节点电压逐渐上升。

因此，当DG渗透率过大时，线路电压从馈线首端到线路末端逐步升高，馈线末端成为电压最高点，将最先面临越上限的风险。

2.2 不同DG渗透率对线路电流的影响

当DG在配电线路末端接入，DG渗透率为0%、10%、40%、70%、100%和130%不同情况下，配电网最大的线路电流及其对应的线路如表1所示。

表1 不同DG渗透率下配电网线最大路电流变化情况

由表1可见，当无DG接入时，配电网最大线路电流为244 A，对应线路为L1，这是因为配电网所需功率均由变电站提供，功率流动方向从馈线首端向线路末端单向流动，即电流方向从馈线首端流向末端，此时最大线路电流位置位于馈线首端与第一个节点之间的线路L1；当DG接入配电网后，DG满足部分负荷所需的功率，馈线首端下送功率减小，此时线路的最大线路电流有所下降，最大电流对应的线路仍为L1；当DG渗透率增大时，DG所发功率除了平衡负荷所需功率外，还将向馈线首端倒送功率，由于DG主要发有功功率，有功电流从DG接入节点向馈线首端流动，此时最大线路电流对应线路为DG节点与其相邻上游节点之间的线路L31；随着DG渗透率进一步增大，最大线路电流大于无DG接入时的情况，甚至可能超过线路的最大载流量，配电网存在电流过载的风险。

2.3 不同DG渗透率对有功损耗的影响

当DG在配电线路末端接入，DG渗透率为0%、10%、40%、70%、100%和130%不同情况下，配电网有功损耗变化情况如图4所示。

图4 不同DG渗透率下配电网网损变化情况

由图4可见，随着DG在配电线路中渗透率的提升，线路网损呈现先减少后增加的趋势，这是由于容量较小的DG接入配电网，能满足部分负荷所需的功率，线路流动功率减小，因此有功损耗降低；随着DG渗透率持续上升，DG将向馈线首端倒送功率，线路流动功率增多，因而有功损耗逐渐上升。由图4可知，配电线路存在最佳DG渗透率，在该渗透率下，配电网的有功损耗最低，节能降损效果最好。

通过上述分析可知，当DG渗透率较小时，DG接入可以改善配电网的运行状况，体现为电压升高、最大线路电流和有功损耗减小；当DG渗透率较大时，DG接入会恶化配电网的运行状况，存在电压越上限和电流过载的风险，系统安全性面临威胁，而且有功损耗增加，系统运行经济性变差。

3 分布式电源消纳能力提升措施

随着DG渗透率提高，配电网的运行面临安全风险，运行的经济性也将下降。这是限制配电网DG消纳能力的主要因素。通过线路改造、安装又在调压变压器和储能装置、对DG进行主动控制等措施，可有效提高配电网DG消纳能力。

（1）线路改造

配电网一些老旧的配电线路，其导线截面积较小，电阻和电抗较大，载流能力较弱，极大地限制了DG的消纳。可以通过改造部分线路，将钢/铝绞线等更换成电缆线路，加大导线截面积，提高线路的传输能力，降低功率倒送引起的电压抬升，从而提高配电网DG消纳能力。

（2）安装有载调压变压器

过电压问题是限制DG应用的主要因素之一。通过合理的调节有载调压变压器的抽头，控制其二次侧电压，可使配电网电压保持在规定范围内，从而解决DG接入容量过大引起的过电压问题，有效提高配电网DG消纳能力。

（3）安装储能装置

DG出力具有随机性和波动性，其接入给配电网的安全稳定带来严重的危害。储能装置可以通过充发电实现电能的跨时段转移，进行“削峰填谷”：在DG出力大、负荷小时，进行充电，降低配电网电压和电流过载风险；在DG出力小，负荷大时，进行放电，改善配电网的低电压问题。

（4）对DG进行主动管理

部分DG具有无功输出能力，通过对DG输出无功功率的主动控制，当DG有功出力过大、负荷较小时，控制DG吸收无功功率；当DG有功输出较小、负荷较大时，控制DG发出无功功率。这样，可协调控制配电网的电压，使配电网运行在最优状态。此外，当DG的无功输出不足以解决其并网引起的过电压时，可通过主动削减DG的有功出力，将电压维持在安全范围内。可见，通过对DG进行无功输出控制和有功削减等主动管理措施，可以提高配电网DG消纳能力。

4 结语

（1）合理的DG渗透率对电压有抬升作用，可以减小线路电流和网络损耗，但过大的DG渗透率会引起电压越限、电流过载和网损增加等问题，这成为限制配电网DG消纳能力的主要因素。

（2）结合DG渗透率对配电网运行参数的影响规律，提出了配电网DG消纳能力提升措施，可以指导配电网更加合理地进行DG规划和管理。

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