宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏回族自治区银川市 750004
摘要：分布式风光储的合理接入对提高配电网的经济性和电压稳定性具有重要意义。分析了风光储接入中压配电网后配电网的稳定性、电能质量和经济性。通过分析可以看出，无论是集中连接还是分布式连接到配电网的末端，都可以有效提高配电网的运行经济性和电压水平。最后，通过某地区的实际系统实例验证了结论的有效性。
关键词：电压稳定性；风光储系统；配电网；
引 言：随着经济的发展和居民用电量的增加，配电网供电可靠性和电压质量问题日益突出。有必要接入分布式发电，以提高供电可靠性，改善配电网的低电压问题[1-3]。分布式风光储接入配电网可以缓解风电和光伏发电随机波动对电网的负面影响，提高风电和光伏发电的利用率[4-6]。风能和太阳能是分布最广的可再生能源，利用它们形成分布式的风能和太阳能储存和接入配电网是多能源互补技术的典型应用模式。
目前，国内外在分布式风光储接入配电网的研究方面取得了一些进展。文献[8]推导了电压稳定的H指标，并结合L指标深入分析了分布式发电接入对系统电压稳定的影响机理，给出了提高电压稳定的措施；文献[9]将理论分析与仿真分析相结合，研究分布式储能在不同位置接入后对配电网电压稳定的影响；文献[10]表明，对地方电厂的出力进行再分配，可以降低系统损耗指数、电压偏移指数和电压稳定L指数。综上所述，分布式风光储的合理分配将有效提高配电网的电压质量和经济性。风光储联合接入配电网系统的研究也取得了一些成果，如分析风光储接入对系统调峰能力的影响[11]，风光储接入的优化调度方法[12]，风光储系统的设计[13]。然而，目前还没有关于风光储接入对配电网影响机理的研究。随着配电网中各种电源的分布式接入，这是一项值得深入研究的工作。
在此基础上，以电压稳定性、电压偏移和有功网损的L指标为评价指标，研究分布式风光储对中压配电网的影响。
1配电网评估指标
配电网的评价指标主要包括电压稳定指标、网损指标和电压偏移指标。基于潮流的可解性，推导出配电网电压稳定性的l指标。对于系统中任意两个相邻的节点I和J，假设功率从节点I流向节点J，节点I和节点J之间的电压关系可以表示如下
U i = U j +（Rij + jXij）（Pj - jQj）U* j（1）
其中u I是节点I的电压矢量；U j是j节点的电压矢量；U* j是u j的共轭；Rij是节点I和j之间的电阻；Xij是节点I和j之间的电抗；Pj为ij支路末端有功功率；Qj是ij支路末端的无功功率。公式（1）被扩展和简化以获得：
u4j+[2（PjRij+QjXij）-U2i]U2j+（PjRij+QjXij）2+（PjXij-QjRij）2 = 0（2）
其中，Ui为节点I的电压幅值；Uj是节点j的电压幅值，如果Uj有解，可以从一元二次方程的根判别式得知：
[2（PjRij+QjXij）-U2i]2-4[（PjRij+QjXij）2+（PjXij-QjRij）2]≥0（3）
通过简化公式（3），我们可以得到：
4[（PjXij-QjRij）2+（PjRij+QjXij）U2i]U4i≤1（4）
因此，可以获得电压稳定性指数l：
l = 4[（PjXij-QjRij）2+（PjRij+QjXij）U2i]U4i（5）
每个分支中的最大l作为系统的l指标。如果L ≤ 1，Uj有解，电压稳定；如果l > 1，Uj无解，电压不稳定。配电网的损耗指标是网络中的有功功率损耗，可表示为
δp=∑n k = 1 p2k+q2k u2k rk（6）
其中：Pk和Qk为流入kth支路首端的有功功率和无功功率；Uk为kth支路首端的电压幅值；Rk是kth分支的电阻；n为分枝数。配电网电压偏差指数可表示为
‖ v ‖ = ∑ mi = 1 uri-uiur（）I，2（7）
其中Uri是节点I的额定电压幅值，m是节点数。
2分布式风能和太阳能存储接入对配电网的影响
根据电力系统对电能质量的约束，系统各节点电压可近似视为额定电压，公式（5）可转换为
l≈4[（PjXij-QjRij）2+（PjRij+QjXij）U2N]U4N（8）
其中UN为额定电压。一般额定电压为1。0，所以l可以进一步简化：
l = 4[（pjxij-qjrij）2+（pjrij+qjxij）]（9）if
分布式风光储的接入降低了节点I和节点J之间的功率，该支路的L指数会相应降低，从而提高电压稳定性。根据公式（6），流经支路的功率的减少将减少支路的网损，从而提高配电网运行的经济性。相邻节点I和j的电压幅度可以近似表示为
Ui ≈ Uj + PjRij + QjXij Uj（10）
当流经支路的功率增大时，两端电压幅值差增大，从而降低端电压。基于以上分析，如果分布式风光储接入减少了流经线路的功率，配电网的电压稳定性和经济性将得到改善。
3 算例分析
以某地区10 kV配电网为例，节点数如图1所示，共20个节点，25个支路。
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将2014年某一时间的负荷数据注入到仿真模型中，通过计算潮流可以得到当时配电网的潮流分布。潘琪变电站、化学变电站和土城变电站合并为一个节点，作为该区域配电网的平衡节点。收敛精度设为10-6，采用极坐标牛顿法求解潮流。所以网络总损耗是9。04 MW，静态电压稳定指数l为0。280 2，电压偏移指数为0。538±3 p.u.，最小节点电压为0。788 5 p.u..将2兆瓦的风能和太阳能储能连接到配电网。每个分支中l的最大值就是系统的l指数。可以看出，当2兆瓦的风光储接入华建（节点13）、水厂（节点14）、朱敏（节点15）、北电（节点16）和农电2（节点17）时，l较低，电压稳定性较好。这五个节点都在配电网的末端。当风光储接入配电网首端（如节点1）时，系统的电压稳定指数L在0左右。28，和原系统差不多。2 MW风光储接入华建（节点13）、水科（节点14）、民主（节点15）、北电（节点16）、农电2（节点17）时，系统网损较小，经济性较好。当20 MW风光储接入不同位置时，随着风光储接入容量的增加，系统的有功网损会越来越小。100 MW风光储接入配电网不同节点后，配电网末端过多的风光储容量会导致过多的电能流经线路，增加有功网损。当风力和太阳能储存被分配时，即化学建筑（节点13）、水厂（节点14）、民主（节点15）和农村电力2（节点17）各自连接5 MW。当配电网末端接入20 MW分布式风光储时，系统电压水平最佳。这是因为在风光储接入之前，系统的终端电压电平较低，但风光储接入终端后，终端电压电平会显著升高，相邻节点的电压幅值会增大。四种情况下系统的L指数和有功功率损耗如表2所示。
表2不同系统的负荷指数和有功功率损耗
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根据以上分析，分布式风光储接入配电网末端可以显著提高系统电压水平、电压稳定性和经济性。当风光储系统集中接入配电网时，如果接入位置选择得当，也能有效提高系统的电能质量和经济性。如表2所示，20 MW风电和太阳能储能的民主L指数和网损指数最好。
4结束语
分析了分布式风光储接入对配电网电压稳定性、电压偏移和网损的影响机理。在配电网末端接入适量的风光储，将提高电网的电压稳定性和电能质量，提高运行经济性；如果终端接入过多的风能和太阳能储能，会增加流经线路的功率，增加网损。如果实际安装不方便，可以遵循终端接入的原则，集中接入和分散接入可以有效提高运行经济性和电压等级。
参考文献：
[1]杨朋朋，张修平，王明强，等． 计及调峰能力的风光储联合系统优化调度［J］． 电力建设，2019，40（9）：124 － 130．
[2]谢鹏，蔡泽祥，刘平，等． 考虑多时间尺度不确定性耦合影响的风光储微电网系统储能容量协同优化［J］． 中国电机工程学报，2019，39（24）：7126 － 7136．