韩紫烨 骆宁 朱珈葳 李强 方谦

摘  要：随着现代化社会对能源需求的急剧提升，分布式能源得到了越来越广泛的应用。大量分布式电源的接入，对传统电网也产生了多方面的影响。为充分研究分布式电源接入配电网后对其电压产生的影响，利用MATLAB软件的SIMULINK功能模块，对分布式电源和典型负荷两个部分分别搭建了典型的配电网模型，并从分布式能源接入与否与接入位置两个方面分析了其对传统电网产生的影响。经MATLAB/SIMULINK仿真运行得到配电网模型中各节点的电压，并进行数据处理，找到分布式电源接入传统电网中对其影响较小的位置，即配电网系统的中部以及靠近配电网母线的位置。

关键词：分布式电源;配电网电压;电能质量;MATLAB/SIMULINK

0    引言

作为一种利用可再生能源、清洁能源进行绿色发电的技术，分布式电源相比于使用化石能源发电的传统电网有着巨大的优势。分布式电源大多就近安装在配电网中的用户端，不仅减少了线路的功率传输损耗，而且还降低了线路修建成本，提高了能量的利用率。但是，在分布式电源给人类带来诸多益处的同时，也随之附带了很多问题，例如，其不确定性对电网电压造成的波动和影響、运行时注入电网的谐波污染等等。因此，如何减小分布式电源接入电网后对其产生的各方面影响，也就成为了另外一个人类科技进步路上必须克服的难关。

1    分布式电源模型构建

在分布式电源模型选取的过程中，使用最简单的PQ节点类型来描述分布式电源，即其发出的有功和无功均为恒定值。故而在MATLAB/SIMULINK的模型构建中，选择将分布式电源描述为一个恒功率的简化模型。

考虑到目前最常见的有光伏、风电等分布式新能源电源，本文中以定速风电机组为例，在MATLAB/SINULINK中对其描述如下：

其在SIMULINK库中的模块如图1所示。

其中wind用来设置模拟风电场的实际输入风速;trip用于设置风电机组是否投入，0为投入，1为切除;A、B、C三相为风电机组的定子电压输出端，用于接入配电网;m则包含风电机组的8个内部信号。

风机模块的参数配置如图2所示。

External mechanical torque：外部机械转矩，决定风机驱动输入量的来源方式。此处为了仿真的方便，不选中此项，即为选择风速输入方式;此外，还需要设置风机的额定风速为9 m/s，即风速为某一额定值时，风力发电机输出某一额定电功率。

2    典型负荷模型构建

为便于问题的分析，选取对称三相的其中一相来进行分析，此处用到的是三相串联RLC对称负载。在搭建典型的配电网模型时，在代表配电网每级馈线上的各个节点上均并联一个相同容量的静态三相串联RLC负载。

为方便分析分布式电源对配电网电压的影响，此处设置负载均为PQ类型的负载，即其消耗的有功和无功为一定值，参数设置如图3、图4所示。

在负载的参数配置中，设其额定电压与配电网电压均为35 kV，额定频率为我国工频，额定有功与感性无功分别为1 MW、0.484 Mvar（对应的负载功率因数为0.9）。至此，典型的负荷模型已构建完成。

3    分布式电源对配电网电压影响的仿真研究

在本文中，母线用三相电压电流测量工具（即Three Phase V-I measurement）代替，即用做母线，还可以测量该段线路和节点上的实时电压、电流值。图中引用了四条母线，故主要的监测节点分别编号为0、1、2、3、4、5。

分布式电源接入电网的SIMULINK仿真图如图5所示。

在各母线上均接有三相RL型恒功率负载，选用了四个模型、参数均相同的负载来表示，分别接于0、1、2、3、4、5号节点上（负载参数均设为功率为1 MW，功率因数为0.9）。考虑到实际应用时，风力发电机与输电线路的电压等级存在差距，还需在分布式电源与输电线路之间接入一台三相台式双绕组变压器。

3.1    研究分布式电源的有无对配电网电压的影响

为分析分布式能源是否接入对配电网电压所产生的影响，分别测量在5号母线节点、4号母线节点接入风电机组前后，配电网各关键节点上的电压值。

在5号节点接入分布式电源，其仿真结果如图6所示。

在MATLAB中画出的电压曲线如图6所示，下方线条为在末端5号节点接入功率为1 MVA的DG，上方线条为系统未接入DG，对比分析可知接入分布式电源后系统电压水平整体升高。

类似地，在3号节点接入容量相同的同一分布式电源风电机组，其电压曲线与未接入DG的对照组电压曲线如图7所示。

由仿真结果可知，接入分布式电源后，除与无穷大功率电源直接相连的节点，各节点电压值均有一定程度的抬高。分布式电源的接入，减少了所接负载前端的潮流流动，从而降低了沿线的电压损耗。

3.2    研究分布式电源接入位置的不同对配电网电压的影响

为分析接入位置的不同对配电网电压产生的影响，分别在1号至5号节点投入相同容量的分布式电源，仿真结果在MATLAB中所描绘出的曲线如图8所示。

最下面的曲线表示配电网未接入分布式电源时系统中的电压分布曲线，其他的电压曲线表示同容量、同类型的分布式电源分别接入配电网模型中的5个节点时，系统中的电压分布。从图8可以得出：由于所接入的位置不同，同一分布式电源对同一配电网电压的影响也有很大的不同。

4    结论

根据前文的理论分析与仿真结果的对比分析，得到并验证了最终结论：

（1）配电网系统在接入分布式电源之后，各节点电压均被一定程度地抬高，且电压随着分布式电源接入容量的增大而增大。

（2）分布式电源对接入点前的潮流影响更大，故分布式电源接入的位置越靠后，系统电压分布变化越大，电压曲线抬高得越多。

因此，分布式电源更适合接入配电网系统的中部以及靠近配电网母线的位置。

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收稿日期：2020-06-15

作者简介：韩紫烨（2000—），女，湖北武汉人，研究方向：电气工程及其自动化。