● 广州市奔流电力科技有限公司 李桂昌 伍肇龙 羿应棋

分布式电源（Distributed Generation，DG）接入配电网后，彻底改变了配电网的结构，使配电网从单电源辐射状结构变为遍布电源的复杂结构，这种结构的改变将对配电网的无功电压特性产生重大影响。以风电、光伏为代表的分布式新能源接入不仅改变了传统配电网能量单向流通的特性，且因其发电的间歇性、波动性和不确定性使得电压波动更显剧烈，因而对配电网的无功电压控制带来很大的挑战。当中低压配电网接入的DG渗透率超过一定数值时，一旦就地负荷减少，大量的功率倒送将引起配电线路后端电压抬高超过允许上限的问题，严重威胁着用电设备的安全运行和敏感工业的安全生产。

总体上，大规模DG的接入会对原有的配电网运行管理带来重大的挑战，需要在电网规划阶段就采取一些针对性的策略，并研究相应的运行控制方法。本文通过分析不同类型的线路在DG渗透率提高后电压、电流和网损的变化情况，以揭示高渗透率DG对配电网带来的主要影响，对适应大规模DG接入配电网的电压控制方法研究具有重要的指导意义。

1 基态线路模型

不同配电线路实际网架结构和运行状态千差万别，基态线路模型应该具有代表性。本文选取具有区域代表性的典型配电线路，在不改变配电线路拓扑特征的基础上，对线路的有功和无功负荷、线路长度等特性相关特征参数进行基态折算。通过特征参数在一个较大范围内的变化，来保证基于基态线路的DG接入对配电网影响分析结论的一般性。

基态线路模型建立的具体做法：保留典型线路配变台数和容量、线路节点数、线路截面等参数；配电线路特征参数，即线路配变平均负载率、首端母线电压、主干线总长度、负荷平均功率因数、基态值为该地区的平均值；各配变的有功负荷按线路配变平均负载率基态值αTB和配变容量的乘积进行分配，无功负荷通过负荷平均功率因数基态值cosφB以及有功负荷计算得到；主干线各段线路长度按典型线路长度与主干线总长度基态值进行等比例缩放；首端母线电压直接改为基态值即可。

（1）电缆线路的基态模型。根据目前广东电网10kV配电线路统计数据，城镇10kV配电线路长度基本分布在2～12km，主干线的线径面积主要为240mm2，馈线首端电压一般在10.1～10.5kV波动，平均负载率主要分布在10%～70%之间，配电变压器的平均容量多在400～1200kVA之间。考虑到实际线路的平均水平和一般性，电缆基态线路的主干长度为4.0km、主干线径面积为240mm2，馈线首端的运行电压为10.3kV，线路配变平均负载率为30%，线路各负荷功率因数为0.90，配变总容量为11630kVA。

（2）架空线路的基态模型。农村10kV配电线路长度基本分布在3～20km，主干线的线径面积主要为185～240mm2，馈线首端电压一般在10.1～10.5kV波动，平均负载率主要分布在15%～60%之间，配电变压器的平均容量多在80～200kVA之间。考虑到实际线路的平均水平和一般性，架空基态线路的线路主干长度为9km，主干线径面积为240mm2，馈线首端的运行电压为10.3kV，线路配变平均负载率为35%，线路各负荷功率因数为0.90，配变总容量为9285kVA。

2 对网损的影响

网损是电能传输过程中的功率损失，反映了电网传输电能的效率，与电网公司的收益密切相关。而电力系统的网损大部分都集中在配电网层面，对配电网网损进行理论研究，能为降低配电网网损，增加电网公司收益提供理论指导。

电力系统潮流计算问题在数学上是一组多元非线性方程式的求解问题，通常可归结为节点功率方程的求解问题。线路上的功率损耗为：

式中，Sij和Sji分别为线路功率；yij为支路ij的导纳；yi0和yj0分别为节点i和节点j的对地电纳；Iij和Iji分别为线路电流。

配电网网络损耗与网络结构和潮流分布有关。因此，DG接入配电网后，改变了配电网潮流的大小甚至方向，引起配电网网络损耗的变化。

3 对载流量的影响

单光伏接入配电网的简化示意图如图1所示，为单个光伏接入配电网的简化示意图。其中，网络呈辐射状，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，即电压幅值恒定，为V0，节点i的电压幅值为Vi；光伏并网点为节点p，其输出功率为PPV+jQPV。以下分析忽略各线路上的功率损耗。

图1 单光伏接入配电网的简化示意图

DG接入配电网后，会改变配电线路的潮流分布，引起线路电流的变化。经分析得知，当无DG接入时，最大线路电流出现在馈线首端；当配电网DG渗透率较低时，线路电流的最大值仍出现在馈线首端，并且相比于无DG接入时有所减小；当配电网的DG渗透率较高时，功率出现倒送；当DG渗透率继续增大，倒送功率进一步增大可能会超过主干线路所允许的安全电流，此时最大线路电流出现在DG接入点处的馈线。

4 对无功潮流的影响

无功功率的大规模传送会降低电压质量水平和增加网络损耗。传统配电网中，无功负荷和无功损耗主要有异步电动机、变压器的无功损耗以及输电线路的损耗，无功电源主要有发电机和无功补偿装置。DG接入后，使得配电网增加了无功负荷或者无功电源，改变了无功潮流的的大小和方向，引起线路节点电压的变化。

DG有消耗无功和输出无功两类，根据DG输出无功功率的大小，无功潮流的分布存在以下3种情况：

（1）PV（光伏）输出无功较小，无功潮流方向不变，但首端输送的无功功率减。

（2）PV输出无功增大，无功潮流分离点在主干线PV接入节点前。

（3）PV输出无功大于线路无功负荷，PV向馈线首端倒送无功。

5 对节点电压的影响

本文以分布式光伏作为DG的典型代表，以单个分布式光伏接入为例分析配电网电压的影响机理。

如图1所示，分析单个光伏接入配电网对配电网电压分布的影响。其中，网络呈辐射状，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，即电压幅值恒定，为V0，节点i的电压幅值为Vi；光伏并网点为节点p，其输出功率为PPV+jQPV。

分析光伏接入前后配电网电压分布情况，可归纳为以下几点：

（1）光伏接入前，配电网电压分布规律是自馈线首端起，各节点电压依次降低，线路末端电压将是馈线电压的最低点。

（2）光伏接入后，处于光伏并网点p之前的节点电压分布可能存在3种情况：①当接入光伏渗透率较小时（如渗透率小于30%），自馈线首端起，节点电压分布依旧呈现依次降低的规律，但各节点电压与未接入光伏时相比均有一定程度的升高；②当接入光伏渗透率较大时（如渗透率大于30%），自馈线首端起，电压先降低直至节点k，然后电压逐渐升高至并网点p，而并网点之后的电压依次降低，因此光伏并网点成为局部电压最高点；③当接入光伏渗透率继续增大时，则馈线各节点电压均大于馈线首端，且呈现先升高后减小的趋势，光伏并网点成为馈线电压最高点。

6 结束语

DG接入会影响配电网多方面的指标，包括节点电压、线路电流和网络损耗等，这些电气量主要与DG渗透比有关。随着DG渗透比从0到100%的提高，线路电压将逐渐抬升，配电网节点电压可能出现越上限的问题；网损率呈现先下降后上升的趋势，当DG渗透比较大时，DG的接入将增加配电系统的网路损耗；最大线路电流先减小后增大，但基本不会超过线路安全电流。此外电缆线路的电压水平总体高于架空线路，网损水平则较架空线路低。■