分布式光伏并网对配电网网损影响研究

第1章绪论1.1课题背景在全球面临严峻的资源与环保问题的背景下，开发新能源已成为当务之急。可再生能源的类型很多，例如，有开发利用较早，应用技术比较成熟的水能，也有正在大力开发利用的太阳能和风能，还有海洋能、地热能、生物质能等新兴可再生能源也在快速发展。其中，太阳能由于具有来源广泛、使用便捷等优点而备受重视REF_Ref10233\r\h[1]。按照太阳能的使用方式，它可以被划分成光伏发电、光热发电、光生物发电等类型。其中，光伏发电因为它的建设周期短，投资较少，转换效率较高，在太阳能发电中占有了重要地位。由于太阳能能量密度较低，建立大型光伏发电站并不适用于所有地区，因此将分布式光伏发电并入配电网是一条行之有效的途径。分布式光伏并网发电因具有建设周期短、成本低廉、建设灵活等优点而快速发展REF_Ref10406\r\h[2]。在电力系统中，配电网不仅承担着配电的任务，还直接与电力用户连接，是用户与电网之间的桥梁，配电环节直接影响到用户用电的电能质量REF_Ref10461\r\h[3]。光伏发电并入配电网后，有利于电能实现就地平衡，减小电网供电压力；此外，对于偏远地区，由于供电半径较大，容易导致末端电压偏低，分布式光伏的并网能够有效缓解这一问题。然而，伴随着更多的光伏电源加入到配电网中，它给配电网带来的冲击也会变得更加显著。例如，光伏发电量会受到光照强度的直接影响，所以它的出力会呈现出很大的波动性和间歇性，这就给配电网保持高的供电质量带来了很大的挑战。另外，由于常规配电系统通常由单一电源驱动，且潮流流向单一，而太阳能光伏发电系统将使配电系统转变成多源共存，潮流流向更加复杂，潮流分布也更加难以进行分析。由于潮流分布的变化，光伏并网发电将不可避免地对配电网网络损耗产生直接的影响，有可能减少网损，也有可能增加网损；而网损率是衡量配电网经济运行水平高低的一个关键指标，网损率高低直接关系到供电公司的效益。光伏并网所带来的网损变化问题，再加上负荷波动与光伏输出功率变化不一致的问题，将给配电网的安全、可靠和经济运行产生重大影响。为此，本文将深入分析分布式光伏接入配网后所产生的网损效应，并根据配网的具体状况，提出基于整体最优的降损策略，以解决分布式光伏发电的间歇性和波动性引起的网损增大问题，这对于推动新能源发电系统的健康发展，提高电力系统的经济运行和节能减排效应都有着非常重要的现实意义。1.2国内外研究现状近些年来，随着越来越多的分布式光伏电源并入配电网，越来越多的专家、学者和相关从业人员投入到光伏并网对配电网影响的分析与含分布式电源配电网降损的研究当中，取得了一定的成果。但是随着分布式光伏并入配电网的规模和容量日益增大，相关研究成果越来越暴露出更多的不足之处。在配电网结构简单以及光伏并网数目不多的前提下，通过合理地优化并网点的位置，能够有效降低配电网的有功损耗。但是随着配电网负荷性质的改变以及配电网结构越来越复杂，光伏并网对配电网的影响越来越难以分析REF_Ref10527\r\h[4]。一方面，光伏电源的并入能够提供无功和电压支撑，从而有助于提高配电网电能质量和降低损耗。但是另一方面，如果光伏并网位置不合理，并网容量不合适，则难以起到降损的作用，甚至是增加配电网的网络损耗。传统配电网限制损耗的常用手段之一就是通过合理地调整运行方式，以达到潮流的最优化。但是如今配电网有分布式电源的接入，用户负荷性质复杂，导致配电网的潮流控制变得十分困难。电能储存技术可以解决分布式发电具有间歇性等问题，但是储能技术还不成熟，无法储存大规模的电能，因此发电和用电还具有很高的同时性。通常情况下，并网的分布式电源为配电网提供的电能要小于配电网从主网接收的电能，而并网的分布式电源一般以光伏为主。因此一方面需要对用户的用电时段进行引导，另一方面也需要相关的政策或标准进行配电网的合理规划和分布式电源的合理接入REF_Ref10569\r\h[5]。而在智能配电网的建设过程中，电源、电网和用电将会变得更为和谐，储能技术将会被更多地提升和使用，分布式光伏发电的控制技术也会逐步提升，与此同时，还有更合理的政策和标准来引导发电与用电的均衡，这些都将会对配电网的经济节能运行起到积极作用。大量的研究结果表明，分布式电源的类型、接入位置和接入容量等因素对配电网的线损有直接影响，只要量化出这些因素的影响规律，便能够指导制定分布式电源接入配电网的节能降损措施。文献REF_Ref10612\r\h[6]理论分析了分布式光伏并网对配电网的影响。文献REF_Ref10667\r\h[7]REF_Ref10687\r\h[8]建立了理想的分布式电源并网模型，并总结了配电网网损的计算方法。文献REF_Ref10739\r\h[9]REF_Ref10746\r\h[10]研究了分布式光伏不同接入容量和不同接入位置对配电网网损的影响。文献REF_Ref10791\r\h[11]则在文献REF_Ref10739\r\h[9]REF_Ref10746\r\h[10]的基础上，定量分析了不同接入容量、不同接入位置以及不同运行方式三种因素对配电网网损的影响。文献[12-13]以仿真和理论相结合的方式分析了多接入点分布式光伏并网对配电网的影响。1.3本文主要内容和结构本文基于以上研究成果，首先构建了理想的分布式光伏并网模型，然后根据配电网的实际情况，利用MATLAB工具仿真，理论计算配电网并网前后的网损，分析可能会对网损产生影响的因素。之后以IEEE33节点为例，对配电网网损在不同接入容量、不同运行方式以及不同并网位置三种因素下的变化趋势进行定量分析，同时通过在不同因素下单独分析后，对不同的影响因素进行组合分析。在此基础上结合之前的研究成果，分析了多个分布式光伏并网下的网损变化规律。最后根据以上研究成果，提出了降低配电网网损的解决方案。论文的主要工作及其结构如下：第一章，绪论；阐述了研究背景及意义，对研究现状进行了大致介绍。第二章，建立了光伏电池的简化模型，分析了光伏电池的输出特性，介绍了光伏电站运行模式及其并网方式。通过理论计算分析可能影响配电网网损的各种因素。第三章，分布式光伏并网对配电网网损影响分析；首先通过理论分析光伏并网对网损的影响，再进一步通过仿真验证理论分析结果，在单个、多个光伏并网的不同情况下开展仿真分析，得出在不同的条件下光伏并网可能增加网损或可能减少网损的结论。第四章，基于分布式光伏并网对配电网网损的影响，给出相应的解决对策，以降低网损。最后一章，结论；针对本文开展的研究工作进行总结。第2章光伏并网模型分析与理论计算2.1分布式光伏基本工作原理当阳光照射在板的界面层上时，能量光子激发半导体PN中共价键的电子，从而形成空穴电子堆，电池电荷的电场将电子和空穴分开，空穴流入P区，电子流入产生电压的N区，并且在电路连接后有电流。界面层吸收的光越多，电路中的电流就越大。基本原理如图2-1所示。图2-1太阳能电池基本原理固态P-N结是太阳能电池单元，根据标准照明，其标称输出电压为0。48V。但是，由于单个芯片的输出电压低和容量低，我们将串联连接大量的太阳能电池。分布式光伏发电机的组件分为太阳能电池（组件）、控制器、逆变器。如图2-2所示。图2-2光伏阵列2.2分布式光伏并网原则分布式光伏发电系统具有控制功能，即控制有功功率和无功功率的能力。它的优点是在断电的情况下有助于使系统恢复正常运行，并可以防止进一步事故的扩大。如果分布式电源选择其他要连接到电网的点，则会影响电网的稳定性和安全性，特别是在连接低压电网时，应注意确保其电源的可用性。2.1光伏系统主要组成光伏发电是将太阳光能转化为直流电能的过程。光伏电池是光伏发电的核心部件，由于它对光线的敏感程度非常高，因此成为了最重要的光电转换元件之一。光伏电池主要由多个半导体层构成。当太阳光照射到光伏电池上时，光能将被吸收，并将产生电子-空穴对，通过电子和空穴的分离和流动REF_Ref10932\r\h[14]，产生直流电流。单个光伏电池的等效电路如下图图2-3所示，其主要组成部件为光生电流源、二极管以及串并联电阻。在实际应用中，光伏发电通常是将多个光伏电池板串联起来，组成光伏阵列REF_Ref10981\r\h[15]，以提高输出电压和功率，满足电力系统的需求。图2-3光伏电池等效电路当光伏电池吸收到一定程度的光照时，在光生伏打效应的作用下，电池将产生直流电流。直流电流并不能直接接入配电网，因此光伏系统还需要一个逆变器将直流电流转换为交流电流，再经过升压变压器转换，使其电压达到与配电网相同的电压等级。光伏系统中逆变器和变压器是重要的组成部分。一般而言，逆变器有两种控制形式，第一种是电压控制型，此种逆变器能保持输出电压恒定不变，与配电网的并网节点可视为PV节点；第二种是电流控制型，能保持输出电流恒定不变，其与配电网的并网节点可视为PI节点REF_Ref11030\r\h[16]。但在实际中，光伏电源的容量和规模都较小，只参与功率交换，因此可将光伏并网节点视为PQ节点。2.2光伏系统并网方式光伏系统有两种并网方式，分别为适用于较大容量的专线并网，以及适用于接入较小容量的T接并网。一般以6MW作为光伏电站接入方式的分界线，当光伏电站容量达到6WM及以上时，并网方式需采用专线并网，6MW以下则选择T接并网接入。专线并网的并网节点一般在不同电压等级的母线上，其母线的电压等级与光伏电站的接入容量息息相关。10KV电压等级的一般母线并入1-6MW容量大小的光伏电站，35KV电压等级母线对应6-30MW容量大小的光伏电站，110KV电压等级母线对应30MW及以上光伏电站等。T接并网虽只适用于较小容量光伏电站，但其优点是并网点位置选择灵活，既可以在母线上，也可以直接接在靠近负荷侧线路上。两种并网方式各自的并网示意图如下图2-4与2-5所示。图2-4专线并网图2-5T接并网在太阳能光伏发电系统中，一般希望光伏电池以最大功率输出电能，而要实现这一目标，一般会采用最大功率点跟踪（MPPT）控制，即当负载改变时，使光伏电池的输出功率跟随变化。但是，由于光伏电池的最大出力受到光照强度以及温度等外界条件的影响，而这些因素是不可控的，且是随机的。因此光伏发电的出力也是不确定的、随机性和波动性较强的。同时，如果并网后的光伏电源不具有一定的抗干扰能力，在受到干扰后立刻脱网，在扰动结束后又重新电网，无疑会对电网产生很大的冲击。因此，并网的光伏电源需要具有应对电网电压或者频率规定范围内的波动和运行条件变化的能力。2.3配电网简化模型理论计算首先将不含有分布式光伏并网的配电系统简化为变电站、负荷、传输线三部分。图2-6不含有光伏电站的简化配电系统，设为模型Ⅰ。若含有分布式光伏并网，则在传输线中接入PV，如图2-7所示，此处设为模型Ⅱ。假设模型Ⅰ和Ⅱ线路末端负荷均相等，以Y型连接接入系统且负荷平衡，负荷以相同的功率因数运行。由于配电网输电线路较短，因此认为输电线路电压处处相等，且电压大小不受是否接入分布式光伏影响REF_Ref11098\r\h[17]。图2-6模型Ⅰ图2-7模型Ⅱ2.3.1分布式光伏接入前负荷接入系统后，会在其输电线路上产生线路损耗。由功率计算公式可知，当线路阻抗一定时，产生损耗的大小取决于流经输电线路的电流大小REF_Ref11147\r\h[18]，因此若要尽可能地减小线路损耗，则应减小线路阻抗，或降低线路电流。以上文的模型Ⅰ为例，可推导出线路损耗Loss1的表达式如下：系统的总负荷为：式（2-1）其中：PL为负荷接入的有功功率，单位为W；QL为负荷接入的无功功率，单位为Var。负荷接入的单相电流为：式（2-2）其中：V为系统输电线路相电压，单位为V。综上，对于模型Ⅰ，线路损耗表达式为：式（2-3）其中：r为输电线路单位长度电阻，单位为Ω/km。2.3.2分布式光伏接入后依据模型Ⅱ，分布式光伏接入配电网后的输电线路电流增大，又已知在线路阻抗一定时，电流的增大将导致线路损耗的增加，因此在靠近负荷一侧接入分布式光伏系统可以降低输电线路电流，以更有效地降低线路损耗。以上文的模型Ⅱ为例，可推导出线路损耗的Loss2的表达式如下：分布式光伏系统接入配电网的单相电流：式（2-4）其中：PPV为分布式光伏系统输出的有功功率，单位为W；QPV为分布式光伏系统输出的无功功率，单位为Var。在配电网接入分布式光伏系统后，接入点之前靠近变电站一侧的线路电流并未发生变化，仍为接入之前的线路电流，设此段的线路损耗为Loss3。接入点之后靠近负荷一侧的线路电流发生变化，其变化后的电流为接入之前的电流与分布式光伏接入配电网电流之和。线路电流变化，对应的线路损耗随之变化，设光伏接入点到负荷这一段的线路损耗为Loss4，总的线路损耗为Loss3与Loss4之和。对于分布式光伏接入前到变电站的这一段线路，电流IL并未发生变化，因此这一段线路的网损相较于接入前并未发生变化，仅线路长度由全长L变为区间长度l1，因此此段线路的网损为：式（2-5）由上文模型Ⅱ可知：式（2-6）所以光伏接入点到负荷段的线路损耗为：式（2-7）所以整条线路总的损耗为：式（2-8）所以可得光伏并网之后网损的变化量为：式（2-9）由上式可以看出，分布式光伏并网后，网损既有可能增大，也有可能减小。当ΔLoss大于零时，配电网网损增大，当ΔLoss小于零时，配电网网损减小。选取适当的接入参数不仅可以防止网损增大，更有可能进一步降低网损，实现节能降损。接下来进一步计算网损的变化率：式（2-10）关于光伏系统发出的无功功率QPV，可展开表示为：式（2-11）光伏发电系统可以以三种不同的运行方式运行，其运行方式与上式中n的取值有关，当n取1时，功率因数滞后，光伏发电系统发出无功功率；当n取0时，功率因数超前，光伏发电系统吸收无功功率REF_Ref11229\r\h[19]。由此可见，不同的系统运行方式会影响光伏系统的无功功率QPV，进而对系统的网损变化产生影响。再结合之前得出的关于网损变化的表达式，可以得出网损的变化还与光伏接入电网的容量，以及l1的长度，即光伏接入的位置有关。因此下文将从光伏发电系统的接入位置、接入容量、以及不同的运行方式三个方面，研究分布式光伏并网对网损的影响。第3章光伏并网对配电网网损的影响研究本文将参考IEEE33节点标准配电系统，使用MATLAB对配电网进行仿真计算。其中共含有4条馈线，平衡节点1个，为1号节点，其余并网节点均认为是PQ节点，拓扑结构如图3-1所示。IEEE33节点标准参数来源于文献REF_Ref11278\r\h[20]。图3-1标准IEEE33节点标准配电系统拓扑图3.1单个光伏接入配电网单个光伏系统并入配电网需考虑接入位置、接入容量以及系统运行方式对配电网网损的影响，下文将结合馈线1上各节点对以上三个因素进行定量分析，探究各个因素对配电网网损大小的具体影响。3.1.1接入位置分布式光伏并网的位置对配电网的网损影响较大，以馈线一为例，1号节点紧邻变电站侧，18号节点紧邻负荷侧，对1-18号节点分别进行仿真计算，模拟并网位置由靠近发电侧逐步向负荷侧转移的过程。其中功率因数设置为1，光伏接入容量设置为馈线总负荷的10%，仿真结果如图3-2所示：图3-2光伏接入总负荷10%情况下时不同接入位置对网损的影响变化曲线图中横坐标为接入节点号，节点号越小表示越靠近变电侧，节点号越大表示越靠近负荷侧，纵坐标为配电网网损大小。从图中可以明显看出，随着接入位置越来越向负荷侧移动，配电网网损逐渐减小。因此在该接入容量下，接入位置越靠近负荷一侧，配电网网损越小，越有利于节能降损。现将光伏接入容量调整为馈线总负荷的30%，仿真研究在该接入容量下网损随接入位置的变化规律。其仿真结果如图3-3所示：图3-3光伏接入总负荷30%情况下时不同接入位置对网损的影响变化曲线区别于10%接入容量下的网损变化，在30%馈线总负荷的接入容量下，配电网网损先随着接入点向负荷侧的移动不断减小，但在15节点左右达到最小值，之后小幅反弹上升。在15至18节点之间均保持较低水平。此时若要达到最佳运行状态，则需将接入点从负荷侧小幅向变电站的移动。现在将光伏接入容量调整为馈线总负荷的50%，继续研究在该接入容量下网损随接入位置的变化规律。其仿真结果如下图3-4所示：图3-4光伏接入总负荷50%情况下时不同接入位置对网损的影响变化曲线由图3-4所示，在接入50%的总馈线容量情况下，最小网损点继续前移，至节点13左右，在节点13后，越靠近负荷侧接入，网损升高越明显，但仍保持较低水平。继续调整光伏发电接入容量，分别调整至占馈线总负荷的75%和100%，仿真结果如图3-5、3-6所示，在75%的接入容量占比下，网损最小的最佳接入点前移至11节点左右，9节点至13节点配电网网损均保持在较低水平，13节点后网损上升幅度显著增大。在100%的接入容量下，馈线一负荷消耗均由光伏系统提供，此状态下最佳接入点为8节点左右，6-12节点接入时，网损均处在较低水平，12节点后网损开始显著上升，不适合作为节能降损的理想接入点。图3-5光伏接入总负荷75%情况下时不同接入位置对网损的影响变化曲线图3-6光伏接入总负荷100%情况下时不同接入位置对网损的影响变化曲线将10%、30%、50%、75%、100%五种接入容量下的网损变化图像合并如图3-7所示。可以看出，当接入容量较小时，越靠近负荷侧接入，线路整体的网损越小，线路末端靠近负荷侧最适合作为接入点。当接入容量占比提高时，整体的网损变化均呈现出先减小后增大的抛物线形，区别在于随着接入容量占比的提高，网损最小的接入点不断从末端负荷侧向前移动，在接入容量占比达到最高100%时，网损最小的最佳接入点基本位于线路中间。此外随着接入容量的增加，配电网最小网损在逐渐降低，更有利于节能降损的实现。图3-7不同光伏接入总负荷情况下接入位置对网损的影响变化曲线综上所述，光伏的并网位置不同的确会对配电网网损的大小产生影响。但光伏系统的最佳并网位置又受光伏并网容量占系统负荷比例的影响，当接入光伏容量占比较低时，应尽可能选择线路末端靠近负荷侧的位置作为接入点，当接入容量占负荷比例较高时，应尽量选择配电网中间位置作为接入点。此外，结合接入容量对负荷消耗占比越高，系统最小网损则越小的特点，若以最大限度降低配电网网损为最终目标，则应以高容量占比接入配电网。3.1.2接入容量光伏电站并网的接入容量也直接影响配电网网损的大小。以馈线一作为仿真对象，选取节点4、节点9、节点14分别模拟光伏电站并网在线路总长的25%、50%、75%处。再依次改变光伏电站接入容量占系统负荷的比值，比值设置值为0.1-2.0，间隔0.1递增。假设光伏电站运行的功率因数为1.0，研究不同并网位置下，光伏接入容量不同对配电网网损的影响。仿真结果如图3-8所示。图3-8不同并网位置下接入容量占比对网损的影响变化曲线上图中，纵坐标为网损大小，横坐标代表并网容量占比从0.1-2.0依次递增。由图可得，无论从何位置接入配电网，当光伏接入容量占比较低时，增加光伏并网的功率均有明显降低配电网网损的效果。但是当接入容量占比达到一定程度时，网损的变化将出现拐点。接入位置越靠近负荷一侧，拐点出现所对应的接入容量占比越低，且出现拐点后网损的增长越显著。此外，当光伏电站的并网容量占比在一定范围内时，并网位置越接近线路中点，越有利于网损的降低。综上所述，光伏电站的接入容量对负荷占比大小的不同直接影响配电网网损的大小。整体上随着接入容量占比的增大，网损呈现出先减小后增大的趋势。但不同的接入位置下，网损的最低点也存在差异，因此若要尽可能降低接入容量大小不同影响下的配电网网损，应参考实际的接入位置选择最适合的接入容量。3.1.3运行方式光伏电站的运行方式也会对配电网网损产生影响。具体而言指的是光伏电源输出的功率因数cosφ，当cosφ为大于零小于一的正值时，系统的运行方式是滞后的；当cosφ为大于零小于一的负值时，系统为超前运行方式运行。为了研究功率因数不同对配电网网损造成的影响，设置光伏电站并网的功率因数分别为0.9、1.0、-0.9，以模拟并网系统在滞后、正常、超前三种运行方式下配电网网损的变化趋势。以馈线一作为仿真对象，选取节点4、节点9、节点14分别模拟光伏电站并网在线路总长的25%、50%、75%处，分别进行仿真计算。以防止不同位置下，运行方式不同对配电网网损造成的影响不同。仿真结果如图3-9、3-10、3-11所示。图3-9节点4并网下不同功率因数对网损的影响变化曲线图3-10节点9并网下不同功率因数对网损的影响变化曲线图3-11节点14并网下不同功率因数对网损的影响变化曲线上图中纵坐标表示网损大小，横坐标由小到大代表光伏输出功率相较于负荷之比由0.1递增至2.0。由图3-9、3-10、3-11可得，无论接入点的位置如何，光伏输出功率相较于负荷占比大小如何。功率因数超前的降损效果要明显好于功率因数正常时的降损效果。在功率因数滞后的状态下并网对网损的降低效果较差，且当光伏接入占比提高时，系统网损增加幅度明显。配电网中的负荷相当于感性负载，此状态下光伏电站不仅不能向负荷提供无功，自身还会消耗额外的感性无功，增加了电网的无功传输，导致降损效果最差；当功率因数超前时，光伏向配电网输送无功功率，减小了电网的无功传输，减损效果最为显著。此外，从仿真结果图中也不难看出，在不同运行方式下，网损随接入容量占比的变化曲线大体上呈现先降低后升高的U形曲线。这是因为当并网容量过大时，光伏系统会向电网提供多余无功功率，此部分多余的无功向系统传送，反而会增大无功的传送距离，使网损增大。综上所述，光伏电站并网时，最好选择超前运行方式，在提供有功功率的同时还能对系统提供无功支撑，在降低配电网网损方面十分有效。3.2多个光伏接入配电网考虑到分布式光伏并网实际情况，需考虑多个光伏同时并网下的网损变化情况。针对多个光伏多点接入配电网的情况，在该章节中将分别从光伏并网方式不同、光伏接入位置不同和光伏接入数量不同这三种情况进行定量分析，研究多个光伏同时并网时的网损变化。3.2.1不同方式光伏电源并网多个分布式光伏同时并网主要分为分散接入和集中接入两种并网方式。假设两种并网方式下光伏并网总的输出功率相等，分布式光伏并网的数目相等，定量分析并网方式不同对配电网网损的影响。具体到仿真实验，假设共有三个分布式光伏同时并网，分别设置为馈线一上的4号、9号、14号节点，以模拟在线路总长的25%、50%、75%位置处并网，且每个光伏接入容量相等。在分散接入电网以及集中接入电网两种并网方式下，不断提高光伏并网容量占比，研究不同并网方式下的网损变化情况。仿真结果如图3-12所示。图3-12并网总功率相等时并网方式不同对网损的影响变化曲线图3-12中，纵坐标为网损大小，横坐标代表并网容量占比从0.1-2.0依次递增。由图可得，当分布式光伏总输出功率占负荷比重较低时，两种并网方式均能够有效降低配电网损耗。随着光伏电源输出功率占负荷比重的提高，光伏集中接入线路首端靠近电源侧时，网损依然不断减小，但减小的程度有限；光伏集中接入线路末端靠近负荷侧时，网损则出现较大幅度反弹。光伏集中接入在线路中央也能有效降低损耗，但效果不如分散接入明显。综上所述，光伏集中接入对配电网的降损效果不如分散接入明显。因此，在多个分布式光伏同时并网的情况下，为了有效降低网络损耗，应尽可能选择分散接入方式并网。3.2.2不同数量光伏电源并网本小节主要研究不同数量的光伏电源并网对网损产生的影响。首先确认光伏总的接入数量n为变量，规定所有并网的光伏电源总输出功率为定值s。为了简化计算，假设n个光伏电源所发出的功率相等，因此可得单个光伏并网发出的功率为s/n。按分布式光伏并网的相关规定，10KV电压等级下的单个分布式光伏并网，其并网容量限制不得小于1MW且不得大于6MW。为了得到更为全面的对比结果，此次忽略该限制条件。具体到并网数量的选择上，从2个分布式光伏并网开始，逐步增加并网数量，设置2、3、4、5四个并网数量进行分析。假设采用分散接入的并网方式，通过分布式光伏总的输出功率对负荷占比不断提高，仿真得出在不同的并网数量下，配电网网损随接入容量大小的变化趋势。具体仿真结果如图3-13所示。图3-13并网总功率相等时并网光伏数量不同对网损的影响变化曲线图3-13中，纵坐标为网损大小，横坐标代表并网容量占比从0.1-2.0依次递增。由上图可以看出，网损随接入负荷占比的变化总体呈先减小后增大的U形。但在光伏输出占比小于1的区间内，随着输出占比的提高，网损均处在下降趋势。这说明在分散接入的前提下，分布式光伏并网的数量越多，越有利于降低整体的线路损耗。当光伏输出占比过高时，网损出现反弹，这是由于大量多余的功率未被用户侧吸收，转而向电网输送，增大了输送距离，导致损耗增加。综上所述，结合上一小节的内容，多个分布式光伏同时并网时，首先应选择分散接入的并网方式以降低网损。其次应使光伏电源数量尽可能能多的分散接入在配电网。但应注意所有光伏并网输出的总功率不宜超过系统总负荷，以防止潮流逆向流动，导致网损增加。3.2.3不同位置光伏电源并网多个光伏并网时的并网位置也会对配电网网损产生影响。为研究多个光伏并网位置不同对网损的影响，设置三组处在线网不同位置的光伏组合。以馈线一为仿真对象，其中设置节点3、节点4、节点5组成组合一，模拟多个光伏在线路首端靠近电源侧并网；设置节点8、节点9、节点10组成组合二，模拟在多个光伏线路中间部分并网；设置节点13、节点14、节点15组成组合三，模拟多个光伏在线路末端靠近负荷侧并网。此外，依次调整分布式光伏并网容量占比，研究不同组合并网位置下，配电网网损随不同接入容量比例的变化规律。具体的仿真结果如图3-14所示。图3-14并网总功率相等时多个光伏位置不同对网损的影响变化曲线上图中，纵坐标为网损大小，横坐标代表并网容量占比从0.1-2.0依次递增。由上图可以看出，三种组合下的并网位置均能产生降低网损的效果。当并网位置选择在线路首端靠近电源一侧时，系统网损随着接入容量占比的增大而不断减小，但网损的降低幅度较小。当并网位置选择在线路中部时，网损降低幅度较大，且在光伏并网输出总功率增大到等于系统总负荷之前，网损均处在不断减小状态。当并网位置选择在线路末端靠近负荷一侧时，网损随接入容量增大而降低的效果最为明显，但拐点出现过早，并网容量超过一定的比例后，网损会出现反弹。因光伏发电存在不稳定因素，在此位置并网可能不利于对网损最大限度的降低。综上所述，结合光伏发电的不稳定性，三种位置降低网损效果的显著程度等因素。当分布式光伏输出功率占系统总负荷比例较低时，选择线路中部接入或线路末端接入均能在降低网损方面产生不错效果。当光伏输出功率占系统总负荷比例较高时，应尽量选择线路中间接入电网。参考光伏发电的不稳定性，在线路中部位置并网是更为合适稳妥的选择。第4章降低配电网网损对策分析对于降低配电网网损的方法和对策，一般可从技术手段和经济手段两方面入手。技术上的对策一般包括增加导线截面积、减小供电半径、合理选择分布式光伏的接入位置、进行无功优化补偿等。经济方面的对策有对光伏并网电量进行引导，以及对用户用电时段进行引导等。4.1技术对策（1）增加导线截面积。由导线的电阻表达式R=PL/S可知，增加截面积S能够减小线路电阻，从而减小线路的损耗。而根据电阻计算公式可知，线路截面积越大，电阻越小，损耗也越小，但是导线的截面积越大也意味着成本越高，一味地增加截面积只会导致投资成本的增加大于能够收获的利益，得不偿失。因此，在确定线路截面积时必须充分考虑当地的负荷现状以及发展情况，以达到最大的利益。（2）减小供电半径。由导线的电阻表达式知减小线路电阻的另一条途径是减小线路长度L，所以通过对网架结构的改进和优化，减小供电半径，能够有效达到降低损耗的目的。相关资料表明，供电半径较长在我国低压和中压配电网中是一个一直存在的问题。因此有必要对配电网的供电半径进行优化。（3）合理选择分布式光伏的接入位置。当接入光伏容量占比较低时，应尽可能选择线路末端靠近负荷侧的位置作为接入点，当接入容量占负荷比例较高时，应尽量选择配电网中间位置作为接入点。当多个分布式光伏同时并网时，应做到在电网的不同位置分散接入，以尽可能实现光伏并网自发自用、就地消纳。（4）无功优化补偿。配电线路中最普遍的元件包括配电线路、变压器、电动机等，而这些元件一般都是感性的，所以配电网通常工作于感性区域。配电线路的感性元件除了需要消耗有功功率外，还要吸收无功功率。如果这些感性元件吸收的无功功率过大，导致系统无功不足，引起系统电压降低，进一步导致系统有功损耗的增加。为解决这一问题，一方面可以增加系统无功的出力，另一方面可以就地进行容性无功补偿，提高系统的功率因数。其中无功补偿具有实施简单、成本较低等优点，在配电网中运用广泛。假设补偿前后系统的功率因数分别为cosQ1和cosQ2，同时认为系统有功功率P和电压U是固定不变的，则可得到通过无功补偿措施系统降低的损耗表达式为：式（4-1）取补偿前后的功率因数值分别为0.85和0.95，代入式（4-1）计算得到系统损耗能够减小了19.94%，由此可见该方法的有效性。（4）优化配变容量配置。如前文所述变压器的负载大小会影响其损耗，根据大量运行数据表明，变压器负载率在40%至75%的区间内运行效率最高，电能损耗最小，因此这一范围也被称为经济运行区。当变压器负载率低于30%或超过85%时，损耗都会大大增加。整体而言，变压器损耗随负载率变化的规律如图4-1所示，这表明通过合理的优化配置使变压器运行在经济运行区，是降低变压器损耗的一个有效手段。图4-1变压器损耗与负载率之间的关系曲线4.2经济对策对分布式光伏并网电量进行引导。由于分布式光伏在不同地区的发展情况有一定区别，且发电能力受太阳能资源多少的影响。因此为保持光伏并网容量不发生较大变化，应以光伏电站的总发电量为参考给予不同的经济补贴。以最大限度保证光伏并网能产生最佳经济效益。对用户用电时间段进行引导。常规的地区日负荷变化情况表现为白天负荷消耗大，夜晚负荷消耗小。系统负荷的频繁高低变化，会使光伏并网的最佳接入容量也发生变化，因此应尽可能减小负荷波动。采取峰谷分时电价可以有效对用户用电的时间段进行引导，降低地区总的日负荷波动，以尽可能保持光伏并网处在最佳经济状态。峰谷电价的调整，根据山东省物价局、经信委联合发布的《关于居民峰谷分时电价政策有关事项的通知》自2017年11月1日起，在全省范围内实行居民生活用电峰谷分时电价政策是。“用电峰段为8:00至22:00；用电谷段为22:00至次日8:00。对于城乡居民来说，在现行阶梯电价标准上，第一档峰段电价每千瓦时提高0.03元，谷段电价每千瓦时降低0.17元，即第一档峰、谷电价为0.5769元、0.3769元。第二、三档峰段电价分别在第一档峰、谷电价基础上加价0.05元、0.3元”。除居民生活用电外，根据用电规模、用电性质的不同，基础电价不同，峰谷分时电价如表4-1所示。表4-1工商业分时电价表时段时间累计时间(小3588从以上规定可以看出，白天分布式光伏发电功率较高的时段，一般执行高峰电价甚至是尖峰电价，因此，部分用户选择低谷时段用电，这就导致用电高峰与分布式光伏发电高峰不一致。从技术手段可以安装储能装置，降低配电线路损耗。而从经济方面可以从引导用户改变用电时段使用电负荷与分布式光伏发电功率契合，以及引导发电用户发展存储装置引导发电用户削峰填谷两方面予以引导。引导用户改变用电时段方面，对于分布式光伏接入容量较大的配电线路，可以改变分时电价政策，分布式光伏发电与用户用电反向配置，即分布式光伏发电高峰用户用电实行低谷电价；而分布式光伏发电低谷户用电实行高峰电价。用户用电时段调整前后与分布式光伏发电功率对比如图4-2所示。图4-2用电负荷调整前后与分布式光伏发电功率对比图从图4-2可以看出，用户用电时段调前后，用户负荷与分布式光伏发电功率契合度大幅提高，可以有效降低配电网网损。引导发电用户发展存储装置方面，2018年7月2日，国家发改委印发《关于创新和完善促进绿色发展价格机制的意见》，明确指出加大峰谷电价实施力度，运用价格信号引导电力削峰填谷，利用峰谷电价差、辅助服务补偿等机制，促进储能发展。这就意味着，储能峰谷价差套利模式获得官方认可。山东省经信委、物价局制定印发了《关于开展电力需求响应市场试点工作的通知》，提出“将通过经济激励政策，采用负荷管控措施，调节电网峰谷负荷，削峰填谷缓解供需矛后”,用经济手段引导用户使其将自天分布式光伏剩余发电量储存，在夜间该线路用电时予以释放，使发电功率(电能存储装置释放功率)与负荷相匹配，减少线路损耗。

光伏并网系统仿真5.1仿真模型该仿真包括电池，BOOST升压电路，单相全桥逆变电路，PV模块，电压电流双闭环控制部分：应用MPPT技术，提高光伏发电的利用效率。采用PI调节方式进行闭环控制，采用定步长扰动观测法，对最大功率点进行跟踪，可以很好的提高发电效率和实现并网要求。模型如图5-1所示。图5-1光伏并网系统仿真模型图5-2MPPT控制仿真模型图MPPT控制仿真模型如图5-2所示，MPPT控制器动态调整光伏阵列的工作电压和电流，确保其在不同光照和温度条件下都能工作在最佳状态。它通过实时监测光伏电池的输出电压和电流，计算出当前的输出功率，并与前一时刻的输出功率进行比较。然后根据功率与占空比的关系，调整脉宽调制信号(PWM)的占空比，从而改变光伏电池的负载，使其向最大功率点靠近。5.2主要程序段说明图5-3光伏并网主程序输入需要的参数，得到光伏阵列的电压和电流，计算出功率，随后设定并网功率和电压，根据并网调控策略进行控制，显示出结果。图5-4子程序在图5-4代码中，首先设置了光伏电池的参数，包括光伏电流、反向饱和电流、串联电阻和并联电阻等。然后，计算了在不同输出电压下的输出电流，并绘制了输出特性曲线。5.3仿真结果在图5-1整个仿真模型中包含了PV模块、MPPT模块、PWM模块和DC/DC变换器模块。PV模块的输入是环境温度T和光照R，输出接口接的Boost变换器。而MPPT模块是在不停的检测光伏阵列的电压V和电流I，通过MPPT计算方法计算出输出给定电压值Vref。PWM模块的作用就是将给定电压值Vref和三角波信号进行比较，输出控制开关管的PWM信号波，改变光伏阵列工作电压，从而使光伏阵列工作在最大功率点附近。当辐照强度为1KW/m2,环境温度为25℃时，系统最大功率仿真结果如图5-5所示：图5-5光伏阵列输出参数图5-6并网电压图5-7并网电流图5-6，图5-7表明在系统启动阶段，并网电流与电网电压反相并且数值较大，这是由于逆变器直流电压没有达到设定值，需要充电电流，在逆变器直流电压超出设定值后，逆变器输出电流又大于设定值，逆变器充电电流减少，且在0.2s输出电流稳定，并且并网电流与电网电流同频同相。结论与展望随着光伏组件成本的不断降低，以及光伏电池发电效率的不断提升，光伏发电成本逐渐下降，越来越多分布式光伏接入配电网并网发电，给配电网的网损带来了一定的影响。分布式光伏更靠近负荷侧，会使网损降低，此外多个光伏的并网位置、输出功率大小、运行功率因数等因素也对网损产生直接的影响。而配电网的经济运行水平高低主要体现在网损率的大小，因此本文开展分布式光伏并网对配电网网损的影响研究，通过理论推导、仿真分析，得出了以下结论：分布式光伏一般通过T接方式并网于10kV配电网上，其并网位置、输出功率大小、功率因数等因素均对网损大小产生了直接影响，并网位置越靠近负荷中心网损越小；光伏输出功率大小对网损的影响与该输出对负荷的比例相关，呈现出先减小后增大的趋势；功率因数对网损的影响与负荷特性有关，在感性负荷占多的电网中，光伏输出的功率因数超前产生的网损比滞后更小。在多个分布式光伏同时并网时，并网的光伏电源数量越多，分布越分散，越有利于降低网损。通过本课题的研究，可以发现分布式光伏并网给配电网网损大小带来了重要的影响。其中不同因素对网损的影响比较复杂，不过从整体上而言在光伏输出功率小于负荷的情况下降低了整个配电网的损耗。但由于分布式光伏的安装规模与安装位置受诸多因素的限制，不能将其纳入配电网的综合规划过程中，而且光伏并网位置与负荷分布的不对称性较难协调，因此随着越来越多分布式光伏的并网，其产生的影响也是动态变化的，还需要进一步加强研究。

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