分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用的制作方法

本发明涉及电网用电安全、用电设计等领域，尤其涉及一种应用于分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用。

背景技术：

由于环境逐渐恶化，能源资源的日益短缺，以风电、光伏电源、小水电等可再生能源的充分利用已经成为全球关注的焦点。太阳能作为一种清洁可再生的能源，有着其他新能源无法比拟的优势。光伏发电系统一般分为集中式光伏发电系统和分布式光伏发电系统。分布式光伏发电是指建在用户侧，通过光伏组件将太阳能转化为电能的发电方式，其有别于我国比较典型的集中式光伏发电，分布式光伏发电一般容量较小，在数千瓦以内，因此宜就地并网发电，就近消纳，不仅可以有效解决集中式光伏发电长距离输电和并网的问题，而且能够提高供电安全可靠性以及解决偏远地区用电的问题。

而现有技术下的高密度、多接入点的分布式光伏电源接入配电网后将对配电产生一系列影响。需要合理地配置分布式光伏电源可支撑起配电网的电压，然而不加约束地接入分布式光伏电源又会引起配电网节点过电压、潮流分布不合理，进而对电网的安全经济运行带来不利影响。

而产生上述问题的原因在于，配电网有环形、辐射型的接线方式，任何一种接线方式中，分布式光伏的接入必然会引起馈线中传输功率的大小和方向发生变化，进而影响各节点的稳态电压分布。而配电网电压的分布同时受到了多个分布式光伏和系统中负荷的影响，一般情况下，配电网在稳态运行状态时，沿馈线潮流方向电压逐渐降低，配电网中的功率流动方向是在电压等级中从高到低，逐渐分配到电力用户。电压分布情况由潮流分布决定，如果电源注入功率或负荷消耗功率发生变化，则各节点的稳态电压将相应变化。按有关规定，分布式光伏不应主动参与配电网电压调节。多个点接入分布式光伏后，最好实现多个点就近消耗光伏发电，防止潮流逆流进入电网。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，该模型的应用对分布式光伏(分布式光伏)多点接入电网后，对电网的稳态电压分布的影响进行探究，符合城市配电网中分布式光伏高密度接入的特征，研究了多点接入的分布式光伏容量、运行方式、线路的负荷、供电线路的阻抗、变压器分接头的选择对馈线上电压分布的影响。

本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，采用如下技术方案：

1.分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，包括以下步骤：

1)首先，采用恒电流静态模型来表示馈线上各节点的负荷，将所有的线路阻抗均折合到系统电压等级，然后进行相应的计算分析；

2)然后，分别按负荷沿馈线均匀分布、递增分布与递减分布推导分布式光伏电源多点接入后电网的稳态电压分布与电气距离-即与配网供电站的距离之间的函数关系；

3)步骤2完成后，选取基准值，将电网参数转化为标幺值，然后进行相应的计算分析；

4)最后，基于实际电力应用场景，分析多点接入的分布式光伏容量、运行方式、线路的负荷、供电线路的阻抗、变压器分接头的选择对馈线上电压分布的影响。

根据本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，其特征在于，所述的步骤1)其具体为：

单位长度线路的阻抗为z＝r+jx，馈线上各节点的负荷为近似连续，从l点位置流向线路下游的总电流i(l)等于从该点到线路末端的负荷电流id(l)之和，设ipv(l)为从l点位置到线路末端接入的分布式光伏的总注入电流，ipv(l)与i(l)都是非增函数。其中l为标幺化后的线路长度，取值位于区间[0,1]，线路上任一处的电压为u(l)，λ为分布式光伏的功率因数，相对于送端的母线电压u0，供电线路上l处电压u(l)为：

而在实际电网中，考虑到负荷是离散的，故将上述方程中的电流用功率与线路阻抗之间的关系近似代替、积分用累加式代替，则上述方程可以简化为以下形式：

其中，馈线节点总数为n；

u0是平衡点，即变电站侧节点的电压；

um是线路节点m处的电压；

zi＝ri+jxi为馈线各负荷出口之间的馈线阻抗；

pi、qi为节点i处的负荷；

ppvi、qpvi为接入电网的第i个分布式光伏的有功、无功出力。

根据本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，所述步骤2)共分为3个部分，如下：

步骤2-1)：按负荷沿馈线均匀分布推导分布式光伏电源多点接入后电网的稳态电压分布与电气距离，即与配网供电站的距离之间的函数关系，如下：

均匀分布：

线路每段沿线负荷pi＝p/n，每个分布式光伏电源ppvi＝ppv/n；

其中，p为线路总负荷；

ppv为馈线上光伏的总接入容量；

当分布式光伏多点接入后，电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站，即平衡节点的电气距离的函数关系式为：

上述公式中，令m＝m/n为馈线上任一点的位置，并将n取极限，即可将负荷看作连续分布，分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站，即平衡节点的电气距离m的函数关系式为：

均匀分布：

步骤2-2)：按负荷沿馈线递增分布推导分布式光伏电源多点接入后电网的稳态电压分布与电气距离(与配网供电站的距离)之间的函数关系为：

递增分布：

其中，pend为线路末端负荷；

而分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站(平衡节点)电气距离的函数关系式为：

令m＝m/n为馈线上任一点的位置，并将n取极限，即将负荷看作连续分布，分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站(平衡节点)电气距离m的函数关系式为：

递增分布：

步骤2-3)：按负荷沿馈线递减分布推导分布式光伏电源多点接入后电网的稳态电压分布与电气距离，即与配网供电站的距离之间的函数关系：

递减分布：

线路沿线负荷

其中，p1为线路首端节点负荷，在总负荷p确定的情况下，由可得负荷递减分布下，p1＝2p/(n+1)，pi＝2(n-i+1)p/n(n+1)；

当分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站，即平衡节点电气距离的函数关系式为：

令m＝m/n为馈线上任一点的位置，并将n取极限，即将负荷看作连续分布，分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站，即平衡节点电气距离m的函数关系式为：

递减分布：

根据本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，其特征在于，所述步骤3)中的基准值及计算分析如下：

电压基准值取10kv，基准容量取1mva，则阻抗基准值为100ω，选取变压器分接头为+2*2.5％，即u0取1.05。线路长度取10km，线路阻抗按照典型10kv配网架空线jklyj-240参数选取，电阻0.132ω/km，电抗0.357ω/km，总负荷为p、q，线路负荷p＝5，换成有名值为5mw，负荷功率因数为0.85，接入的分布式光伏电源功率因数λ＝0.98，按分布式光伏接入馈线中段考虑，即k＝0.5。

根据本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，其特征在于：所述步骤4)共分为5个部分，其具体如下：

步骤4-1)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到三种不同负荷分布方式下的电网稳态电压与电气距离m和分布式光伏接入容量的关系式与曲线；

步骤4-2)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到三种不同负荷分布方式下的电网稳态电压与电气距离m和分布式光伏运行方式的关系式与曲线；

步骤4-3)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到三种不同负荷分布方式下的电网稳态电压与电气距离m和线路负荷的关系式与曲线；

步骤4-4)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到三种不同负荷分布方式下的电网稳态电压与电气距离m和输电线路单位长度阻抗的关系式与曲线；

步骤4-5)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到馈线负荷均匀分布下的电网稳态电压分布与电气距离m和送端母线处的电压u0的关系式与曲线。

本发明提出分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，具有如下有益效果：

1.本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，对分布式光伏多点接入电网后，对电网的稳态电压分布的影响进行探究，符合城市配电网中分布式光伏高密度接入的特征；

2.本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用研究了多点接入的分布式光伏容量、运行方式、线路的负荷、供电线路的阻抗、变压器分接头的选择对馈线上电压分布的影响，具有较强实用价值；

3.本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用设计思路清晰，使用方式较为简便，在工程实际中，具有广泛的适用性，提高了用电安全。

附图说明

图1为分布式光伏多点接入的的多节点链式恒电流离散负荷网络示意图；

图2为电网稳态电压分布与分布式光伏多点接入容量的关系(负荷均匀分布)示意图；

图3为电网稳态电压分布与分布式光伏多点接入容量的关系(负荷递增分布)示意图；

图4为电网稳态电压分布与分布式光伏多点接入容量的关系(负荷递减分布)示意图；

图5为电网稳态电压分布与分布式光伏多点接入的运行方式的关系(负荷均匀分布)示意图；

图6为电网稳态电压分布与分布式光伏多点接入的运行方式的关系(负荷递增分布)示意图；

图7为电网稳态电压分布与分布式光伏多点接入的运行方式的关系(负荷递减分布)示意图；

图8为电网稳态电压分布与线路负荷的关系(多点接入，负荷均匀分布)示意图；

图9为电网稳态电压分布与线路负荷的关系(多点接入，负荷递增分布)示意图；

图10为电网稳态电压分布与线路负荷的关系(多点接入，负荷递减分布)示意图；

图11为电网稳态电压分布与输电线路阻抗的关系(多点接入，三种分布)示意图；

图12为电网稳态电压分布与变压器分接头的关系(分布式光伏多点接入，负荷均匀分布)示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的做进一步的描述。

实施例

本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，采用如下技术方案：

1.分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，包括以下步骤：

1)首先，采用恒电流静态模型来表示馈线上各节点的负荷，将所有的线路阻抗均折合到系统电压等级，然后进行相应的计算分析；

2)然后，分别按负荷沿馈线均匀分布、递增分布与递减分布推导分布式光伏电源多点接入后电网的稳态电压分布与电气距离-即与配网供电站的距离之间的函数关系；

3)步骤2完成后，选取基准值，将电网参数转化为标幺值，然后进行相应的计算分析；

4)最后，基于实际电力应用场景，分析多点接入的分布式光伏容量、运行方式、线路的负荷、供电线路的阻抗、变压器分接头的选择对馈线上电压分布的影响。

分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，步骤1)其具体为：

单位长度线路的阻抗为z＝r+jx，馈线上各节点的负荷为近似连续，从l点位置流向线路下游的总电流i(l)等于从该点到线路末端的负荷电流id(l)之和，设ipv(l)为从l点位置到线路末端接入的分布式光伏的总注入电流，ipv(l)与i(l)都是非增函数。其中l为标幺化后的线路长度，取值位于区间[0,1]，线路上任一处的电压为u(l)，λ为分布式光伏的功率因数，相对于送端的母线电压u0，供电线路上l处电压u(l)为：

如图1所示，而在实际电网中，考虑到负荷是离散的，故将上述方程中的电流用功率与线路阻抗之间的关系近似代替、积分用累加式代替，则上述方程可以简化为以下形式：

其中，馈线节点总数为n；

u0是平衡点，即变电站侧节点的电压；

um是线路节点m处的电压；

zi＝ri+jxi为馈线各负荷出口之间的馈线阻抗；

pi、qi为节点i处的负荷；

ppvi、qpvi为接入电网的第i个分布式光伏的有功、无功出力。

分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，步骤2)共分为3个部分，如下：

步骤2-1)：按负荷沿馈线均匀分布推导分布式光伏电源多点接入后电网的稳态电压分布与电气距离，即与配网供电站的距离之间的函数关系，如下：

均匀分布：

线路每段沿线负荷pi＝p/n，每个分布式光伏电源ppvi＝ppv/n；

其中，p为线路总负荷；

ppv为馈线上光伏的总接入容量；

当分布式光伏多点接入后，电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站，即平衡节点的电气距离的函数关系式为：

上述公式中，令m＝m/n为馈线上任一点的位置，并将n取极限，即可将负荷看作连续分布，分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站，即平衡节点的电气距离m的函数关系式为：

均匀分布：

步骤2-2)：按负荷沿馈线递增分布推导分布式光伏电源多点接入后电网的稳态电压分布与电气距离(与配网供电站的距离)之间的函数关系为：

递增分布：

其中，pend为线路末端负荷；

而分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站(平衡节点)电气距离的函数关系式为：

令m＝m/n为馈线上任一点的位置，并将n取极限，即将负荷看作连续分布，分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站(平衡节点)电气距离m的函数关系式为：

递增分布：

步骤2-3)：按负荷沿馈线递减分布推导分布式光伏电源多点接入后电网的稳态电压分布与电气距离，即与配网供电站的距离之间的函数关系：

递减分布：

线路沿线负荷

其中，p1为线路首端节点负荷，在总负荷p确定的情况下，由可得负荷递减分布下，p1＝2p/(n+1)，pi＝2(n-i+1)p/n(n+1)；

当分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站，即平衡节点电气距离的函数关系式为：

令m＝m/n为馈线上任一点的位置，并将n取极限，即将负荷看作连续分布，分布式光伏多点接入后电网稳态电压分布与馈线上任一位置到配网供电变电站，即平衡节点电气距离m的函数关系式为：

递减分布：

分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，步骤3)中的基准值及计算分析如下：

电压基准值取10kv，基准容量取1mva，则阻抗基准值为100ω，选取变压器分接头为+2*2.5％，即u0取1.05。线路长度取10km，线路阻抗按照典型10kv配网架空线jklyj-240参数选取，电阻0.132ω/km，电抗0.357ω/km，总负荷为p、q，线路负荷p＝5，换成有名值为5mw，负荷功率因数为0.85，接入的分布式光伏电源功率因数λ＝0.98，按分布式光伏接入馈线中段考虑，即k＝0.5。

分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用，步骤4)共分为5个部分，其具体如下：

步骤4-1)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到三种不同负荷分布方式下的电网稳态电压与电气距离m和分布式光伏接入容量的关系式与曲线；

本实施例中，该步骤4-1)的关系式与曲线如图2～图4所示：

均匀分布：

递增分布：

递减分布：

由上述可见，在三种不同的负荷分布中，负荷递增分布的电压降落最明显，单位电气距离内的电压降落比较大，容易越过线路允许运行的电压下限，负荷递减分布对于减小电压降落有明显的效果，但如果接入的分布式光伏容量太大，容易越过线路允许运行的电压上限。为将供电线路的电压控制在合理范围内，应该根据负荷的分布情况对选择合适的分布式光伏接入总容量，如果负荷递增分布，选择较小的分布式光伏接入总容量，防止馈线电压越过线路允许运行的电压上限；若负荷递减分布，选择较大的分布式光伏接入总容量，提升馈线电压，防止馈线电压越过线路允许运行的电压下限。

与分布式光伏单点接入相比，分布式光伏多点接入后，有效的改善了分布式光伏单点接入后的电压越限问题，电压的支撑作用比分布式光伏单点接入时更明显，电压降落比较小。

步骤4-2)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到三种不同负荷分布方式下的电网稳态电压与电气距离m和分布式光伏运行方式的关系式与曲线；

本实施例中，该步骤4-2)的关系式与曲线如图5～图7所示：

均匀分布：

递增分布：

递减分布：

由上述可见，分布式光伏应尽可能维持高功率因数运行，减少或避免无功出力(而由无功补偿装置提供无功时，即使分布式光伏退出运行，配电网也不会因无功缺额增大而加剧电压波动)。各个国家和地区对分布式电源功率因数均有要求，如美国部分地区要求功率因数在[-0.9,+0.9]之间，国网电科院《光伏电站接入电网技术规定》，大型和中型光伏电站的功率因数应能够在0.98(超前)～0.98(滞后)范围内连续可调，有特殊要求时，可以与电网企业协商确定。因此一般10kv光伏电站配置的无功设施应具备能够使得功率因素为0.98的容量，而接入380v的光伏电站应尽量避免收发无功，功率因数应为1。

与分布式光伏单点接入相比，分布式光伏多点接入后，有效的改善了分布式光伏单点接入后的电压越限问题，电压的支撑作用比分布式光伏单点接入时更明显，电压降落比较小。

步骤4-3)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到三种不同负荷分布方式下的电网稳态电压与电气距离m和线路负荷的关系式与曲线；

本实施例中，该步骤4-3)的关系式与曲线如图8～图10所示：

均匀分布：

递增分布：

递减分布：

由上述可见，与分布式光伏单点接入相比，分布式光伏多点接入后，有效的改善了分布式光伏单点接入后的电压越限问题，电压的支撑作用比分布式光伏单点接入时更明显，电压降落比较小。

步骤4-4)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到三种不同负荷分布方式下的电网稳态电压与电气距离m和输电线路单位长度阻抗的关系式与曲线；

本实施例中，该步骤4-4)的关系式与曲线如图11所示：

均匀分布：

递增分布：

递减分布：

有上述可见，与分布式光伏单点接入相比，分布式光伏多点接入后，有效的改善了分布式光伏单点接入后的电压越限问题，电压的支撑作用比分布式光伏单点接入时更明显，电压降落比较小。无论是分布式光伏单点接入电网还是分布式光伏多点接入电网，本小节中，电缆线路与架空线路相比，电缆线路在馈线上的电压降落比较小，且在三种不同的负荷分布中，电压可以控制在合理范围内，不会越限。

步骤4-5)：参照步骤3)选取实际的参数后，得到馈线负荷均匀分布下的电网稳态电压分布与电气距离m和送端母线处的电压u0的关系式与曲线。

本实施例中，该步骤4-5)的关系式与曲线如图12所示：

图12中可见，五条曲线分别代表10kv配网变压器的5档分接头：+2×2.5％、+1×2.5％、+0×2.5％、-1×2.5％、-2×2.5％，可以看到分接头选择不同，对于整条馈线的电压起到了不同的影响。变压器分接头位置对稳态电压分布的影响，不会改变函数规律，而是在原有函数关系上进行平移。

与分布式光伏单点接入相比，分布式光伏多点接入后，有效的改善了分布式光伏单点接入后的电压越限问题，电压的支撑作用比分布式光伏单点接入时更明显。

本发明的分布式光伏多点接入配网的稳态电压分布模型的应用对分布式光伏多点接入电网后，对电网的稳态电压分布的影响进行探究，符合城市配电网中分布式光伏高密度接入的特征，且本发明研究了多点接入的分布式光伏容量、运行方式、线路的负荷、供电线路的阻抗、变压器分接头的选择对馈线上电压分布的影响，具有较强实用价值，另外本发明设计思路清晰，使用方式较为简便，在工程实际中，具有广泛的适用性，提高了用电安全。