鐘化蘭，熊 珂，劉 珺

（華東交通大學(xué)電氣與自動化學(xué)院，江西 南昌330013）

與傳統(tǒng)的遠(yuǎn)距離輸電方式相比，分布式光伏接入配電網(wǎng)之后降低了成本和功耗，將能源就地消納，但是大量的使用分布式光伏并網(wǎng)會導(dǎo)致整個配電系統(tǒng)變?yōu)槎嚯娫聪到y(tǒng)，引起系統(tǒng)潮流和電壓分布的變化。 由于典型居民用電負(fù)荷與光伏發(fā)電在高峰時段可能存在不匹配問題，造成電壓越上限的情況，從而增加線路損耗，影響系統(tǒng)正常運行。 所以，解決光伏發(fā)電帶來的各種隱患變得尤為重要。

目前各國已經(jīng)對配電網(wǎng)電壓控制進(jìn)行了大量的研究。 賀新禹，等[1]提出了一種新的無功有功協(xié)調(diào)控制策略，根據(jù)電壓幅值對節(jié)點電壓進(jìn)行分區(qū)，按照無功功率調(diào)控策略對配電網(wǎng)進(jìn)行無功補(bǔ)償使電壓更趨于理想范圍。 姚宏民，等[2]提出了一種采用蒙特卡洛隨機(jī)法模擬評估配電網(wǎng)的光伏消納能力，并提出基于光伏逆變器的電壓階段控制策略以緩解電壓越限問題。 范元亮，等[3]研究了光伏模塊的輸出趨勢曲線，并嘗試使用函數(shù)的方法揭示不產(chǎn)生過電壓情況下，光伏的最大允許接入容量。 目前，光伏定容研究通過建立配電線路光伏及負(fù)荷的概率潮流模型，以容量最大、配電網(wǎng)對主網(wǎng)電能需求最小、電網(wǎng)年運行費用最低、環(huán)境效益等多個因素為目標(biāo)，利用遺傳算法[4]、粒子群算法、生物地理學(xué)優(yōu)化算法[5]、啟發(fā)式人工魚群算法等人工智能算法進(jìn)行求解。 然而這些方法的驗證效果未知。 在此背景下，提出一種臺區(qū)配電線路光伏接入容量評估模型與方法。 通過靈敏度分析，得出線路可消納的最大光伏容量，求出線路各個參數(shù)的靈敏系數(shù)，從而求出在不過載的情況下可接入的最大光伏容量。

1 分布式發(fā)電對配網(wǎng)電壓影響機(jī)理

1.1 單個光伏發(fā)電接入的情況

線路上帶有N 個用戶，第n 個用戶視在功率為Pn+jQn（n =1，2，…，N），Pn和Qn分別為視在功率的實部和虛部，其中Pn的單位為MW，線路上第n 戶所在位置電壓為Un（n=1，2，…，N），第n-1 和n 個用戶之間線路阻抗為Rn+jXn=ln(r+jx)，其中l(wèi)n為第n-1 和n 個用戶之間線路的長度，r 和x 分別為單位長度線路的電阻和電抗，用戶p 接入的建筑光伏容量為Pv。

1.2 多個光伏發(fā)電接入的情況

線路上有多個用戶均裝有屋頂光伏，沒有建設(shè)屋頂光伏的用戶光伏發(fā)電容量按0 考慮。

所有光伏發(fā)電接入后，同理忽略無功功率作用后m 點電壓為

式中，Pvn為第n 個用戶接入光伏發(fā)電的容量。 由上式可知，m 點和m 點向后所有負(fù)荷有功功率之和大于所有光伏發(fā)電功率之和時，電壓降低；m 點和m 點向后所有負(fù)荷有功功率之和小于所有光伏發(fā)電功率之和時，電壓升高。 線路上的最高電壓視具體分布情況而定，若要滿足光伏接入后不出現(xiàn)高電壓情況，則其值應(yīng)小于電壓偏差規(guī)定的最高點壓Umax。

2 以電壓為約束條件的臺區(qū)分布式光伏最大容量評估模型

2.1 集中單個接入光伏容量線性化評估模型

分布式光伏最大接入容量的約束條件為電壓不越上限，則各個用戶的節(jié)點電壓都不能超過上限值。 由前文分析可知，各節(jié)點電壓與V0，P，Q，R，X 有關(guān)，各節(jié)點電壓可寫作

評估模型的約束條件為

式中，N 為臺區(qū)線路節(jié)點集。

2.2 單個接入光伏容量系數(shù)及修正參數(shù)確定

在基態(tài)線路模型的基礎(chǔ)上（配變50 kW, 線徑LGJ-25 mm2，供電半徑1 km，10%的負(fù)載率），保持其他變量不變，依次修改線路的特征參數(shù)，通過潮流計算得到當(dāng)電壓不越上限時配電線路的最大接入容量，并求出光伏最大接入容量與各變量：供電半徑、線徑、配變?nèi)萘恳约柏?fù)載率的函數(shù)關(guān)系式，經(jīng)數(shù)據(jù)曲線擬合，可獲得光伏消納比對該參數(shù)的靈敏度。

由此獲得光伏消納比對該參數(shù)的靈敏系數(shù)如表1 所示。

表1 光伏消納比對該參數(shù)的靈敏度Tab.1 Sensitivity of PV absorption ratio to the parameter

表2 光伏接入位置系數(shù)Tab.2 Coefficient of photovoltaic access location

故考慮位置因素βL′的具體取值如下

2.3 分散式接入光伏容量評估模型

單個光伏集中接入的場景，適用于考慮臺區(qū)最壞接入情況。 但是臺區(qū)光伏接入往往是多點分散式接入，為了充分利用光伏消納能力，提高清潔能源發(fā)電量，本節(jié)中建立一種臺區(qū)分散式接入光伏容量評估模型以更好的計算臺區(qū)光伏最大接入容量。

本節(jié)中，采用圖2 的系統(tǒng)為例，線路電壓等級為380 V，線路型號為LGJ-25 mm2，線路上共有10 個用戶接入。 在基態(tài)線路模型的基礎(chǔ)上，保持其他變量不變，依次修改線路的特征參數(shù)，通過潮流計算得到當(dāng)電壓不越上限時配電線路的光伏最大接入容量。

表3-表5 分別闡述了不同線徑、不同線長、不同配變?nèi)萘恳约安煌?fù)載下的最大光伏接入容量。

表3 不同線徑下光伏最大接入容量變化Tab.3 Variation of PV maximum access capacity under different wire diameters

表4 不同配變?nèi)萘肯鹿夥畲蠼尤肴萘孔兓疶ab.4 Variation of PV maximum access capacity under different distribution variable capacity

表5 不同供電半徑下光伏最大接入容量變化Tab.5 Variation of PV maximum access capacity under different power supply radii

分析表格中數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)擬合可分別求出光伏最大接入容量與各變量：線徑、供電半徑、配變?nèi)萘恳约柏?fù)載率的函數(shù)關(guān)系式，可由此獲得光伏消納比對該參數(shù)的靈敏度。 接著我們通過相同的方法對最大接入容量隨供電半徑變化求出對應(yīng)的擬合曲線。 其中，y 為每戶接入容量，x 為基值10%的負(fù)載率。 擬合曲線可得：y=0.010 04x+0.028 09；故βL′的具體取值為：βL′=[4.57，-0.087 93，0.084 51，0.100 4，0.134 5]。

3 有效性驗證

以湖溪塔元公變臺區(qū)、湖溪中格田臺區(qū)為例，兩臺區(qū)目前已接容量分別為15，30 kW。 湖溪塔元公變臺區(qū)參數(shù)為：供電半徑為614 m，配變?nèi)萘繛?0 kW，配變檔位為3 檔，供電線徑25 mm2；湖溪中格田臺區(qū)，供電半徑達(dá)1 100 m，配變?nèi)萘繛?0 kW，供電線徑為25 mm2。 根據(jù)臺區(qū)線路現(xiàn)況，將參數(shù)供電半徑、線型、線徑、負(fù)載率、配變高壓側(cè)電壓、配變檔位、配變?nèi)萘?、接入位置輸入EXCEL 中。通過臺區(qū)分布式光伏最大接入容量計算軟件可計算出最大容量。 表6（最大接入容量一欄）為軟件計算結(jié)果。 由結(jié)果可知，湖溪塔元公變臺區(qū)、湖溪中格田臺區(qū)最大接入容量分別為7，20 kW。 表明當(dāng)前接入容量超出可接最大接入容量。

為了改善超出最大接入容量所帶來的配電網(wǎng)高電壓問題，根據(jù)第2 章節(jié)中討論的影響光伏接入容量因素，考慮改造配變?nèi)萘?、線徑等條件，運用軟件重新計算，可推導(dǎo)出在滿足已接光伏容量下線路所需的改造，如表1 所示。 對比改造前后臺區(qū)的接入容量，改造后可接最大容量分別為18，36 kW，超出了已接容量，滿足不出現(xiàn)高電壓的要求。

表6 臺區(qū)改造前后光伏容量對比Tab.6 Comparison of photovoltaic capacity before and after substation transformation

4 結(jié)論

本文針對分布式光伏可接入最大容量問題做出了一系列研究。根據(jù)配電線路的特點建立了2 個數(shù)據(jù)模型；求出了光伏最大接入容量與線徑、供電半徑、配變?nèi)萘恳约柏?fù)載率的函數(shù)關(guān)系式；經(jīng)數(shù)據(jù)曲線擬合，求出了參數(shù)靈敏度；最后利用已有的計算軟件對模型進(jìn)行了驗證。 由結(jié)果可知，該方法有一定的合理性和時效性。 后續(xù)還將對源頭問題做一些研究，從電壓等級、接線方式、調(diào)控手段等方面入手，重點加強(qiáng)設(shè)計評審和接入評估。 將問題解決在初始階段。 對還未接入的光伏扶貧項目，做好在接入前的光伏容量評估工作。 從源頭把光伏接入對配電網(wǎng)電壓帶來的影響降到最低。