引言
目前，我国严重依赖以煤炭等为主的化石能源，《能源发展“十三五”规划》中提出，“十三五”时期非化石能源结构比重提高到百分之十五以上，而煤炭消费比重降到百分之五十八以下，可以说清洁低碳能源将是“十三五”期间能源供应的主体。因此具有节能环保等优点的分布式电源和电动汽车等新能源设备将会普及，新能源设备在配电网中的渗透率将会越来越高。当分布式电源和电动汽车接入配电网之后，一方面使得配电网中功率由原来的降压变压器低压母线向负荷侧单一流动模式转变为以分布式能源节点和变压器低压母线为中心的辐射式流动，使得配电网节点电压分布以及网损分布变得复杂；另一方面由于分布式能源所具有的随机性，使得新能源环境下的配电网运行将面临更大的不确定性。而我国电力发展长期以来“重输电轻配电”的发展格局使得配电网智能化程度严重不足，给配电网的安全可靠运行带来了严重挑战，因此有必要对新能源设备接入配电网的影响进行分析。
1 分布式电源接入对配电网的影响
分布式电源接入配电网一方面可以提高配电网运行的经济性和降低污染物排放，给配电网运行带来积极效果；另一方面，将改变原有的配电网电网的构架，使得配电网运行与控制变得复杂，这将给原有配电网带来经济上，安全上带来不可忽视的风险。分布式新能源发电接入配电网运行，对配电网运行管理主要有以下影响：
1.1增加电网运行不确定性
诸如风电等分布式可再生新能源发电的并网运行大大增加了配网运行的不确定因素和程度，导致系统节点电压、线路潮流具有不确定性。因此，仅仅依赖于预测值或者平均值来制定配电网调度运行方案是不够的。在电网运行方式的制定过程中，配电网运行人员必须考虑分布式新能源发电的不确定性。
1.2影响系统网损和电压分布
当风电等分布式新能源发电容量比较小（渗透率低）的时候，分布式新能源发电可以减少配电网线路上的传输功率，从而降低系统线路总损耗，同时提高配电网电压水平；当分布式新能源发电容量比较大（高渗透率）的时候，系统将出现反向潮流，此时配电网线路上的反向潮流可能大于原来没有接入分布式发电的线路传输功率，导致线路总损耗可能增加，运行经济性降低。过高渗透率的分布式新能源发电同时会带来节点电压过高问题。
1.3影响主网无功功率平衡
目前，随着分布式电源技术的发展，接入配电网的分布式电源功率因数可调。该种运行规范虽然可以为配电网就地无功功率平衡提供一定程度上的支撑，但是分布式电源不合理的功率因数配置同时可能造成配电网向主网吸收的无功功率激增，影响主网的无功平衡。如果主网的网架结构和电源无功能力不足，那么可能给主网安全运行带来不利的影响。
本文具体分析在分布式电源渗透率不高的情况下，风力发电机组和光伏发电系统接入对配电网节点电压和网损分布的影响。风力机组的有功出力与风速有关，常见的表征风力机组有功出力与风速的关系曲线主要有一次曲线模型、二次曲线模型和三次曲线模型等。本文采用风力机组的标准功率特性曲线的一次形式表示：
以IEEE33节点系统为例分析分布式电源接入对系统电压分布和网损的影响，图1为改进IEEE33节点系统，在馈线末端节点18和节点33分别接入光伏发电系统和风力发电机组。
采用点估计法计算系统随机潮流，从而得到系统节点电压和有功网损的概率分布函数，图2和图3分别为分布式电源接入前后，给节点电压期望值和网损概率密度曲线。对比不难发现，在馈线末端接入分布式电源，一方面对馈线末端电压有支撑作用，另一方面有利于降低网损。说明当风电等分布式新能源发电容量比较小（渗透率低）的时候，分布式新能源发电可以减少配电网线路上的传输功率，从而降低系统线路总损耗，同时提高配电网电压水平。
2 电动汽车充电负荷对配电网的影响
电动汽车对电力系统的影响主要是充电负荷的不确定性所造成的，对配电网的影响程度主要取决于充电负荷的特征。影响电动汽车充电负荷的因素主要有一下几个方面：1)出行需求：大样本中用户的行驶里程、出行时间、出行评率以及出行目的等因素，会决定电动汽车的充电时间、需求电能；2)使用习惯：大样本中用户的充电习惯的差异决定了充电用户的分散特性；3)电池特性：电动汽车电池容量、充放电速率和充放电曲线会影响电动汽车充电负荷曲线；4)电动汽车数量：系统内电动汽车的数量决定了电动汽车充电负荷的整体规模；5)充电设施：决定电动汽车是否能向系统馈送电能和充放电功率的大小。随着V2G模式的提出和推广，充电设施接入点将会具有电源和负荷的双重属性。因此充电设施的分布特性会成为电动汽车充电负荷时空分布特性的主要决定因素。
本文以简单算例分析，电动汽车在高峰负荷时对配电网运行所产生的影响。在图1系统节点26处接入电动汽车充电站，假设系统内有1000量电动汽车，每天电动汽车出勤率为百分之九十五，每辆电动汽车充电功率为3.6kW，电动汽车充电时段期望值为21，即20:00-21:00，均方差为2。在晚上20:00-21:00时段内，光伏发电系统退出运行，而电动汽车充电负荷在此时段内达到高峰，因此系统节点电压越限情况会加剧。图4为系统内有无电动汽车充电负荷两种情况下节点电压越限概率，可以发现电动汽车充电负荷接入，会严重加剧馈线末端电压不合格程度。
3 新能源配电网改善电压分布措施
在上述分析中，可以看出在馈线末端接入分布式电源，可以在一定程度上改善电压分布；而当接入电动汽车时，充电负荷高峰时期，馈线末端电压会严重越限。对此本文针对新能源接入配电网提出几点改善措施，以降低对配电网运行所产生的不利影响。
合理规划分布式电源接入点：配电网接入分布式电源后会改变原有的潮流流动模式，从而改变系统特性，如何避免分布式发电对配电网运行所产生的不利影响，并且使其有利于配网经济可靠运行，取决于分布式电源在配网接入点的合理规划。
优化充电设施布点：充电设施接入点决定了配网电动汽车充电负荷的分布特性，合理规划布点，可以尽最大可能的减小充电负荷对配电系统的冲击。
改善分布式电源无功出力：目前大部分分布式电源接入点均采用无功出力就地消耗的策略，只向系统发出有功。这种方式十分不经济，随着分布式电源技术的发展，包括德国，英国等发达国家均要求分布式电源无功出力可调，从而改善系统电压分布。
充电控制调度策略：通过恰当的充电控制特别是V2G控制，不仅能够有效控制充电负荷对系统的负面影响，而且能够丰富系统运行控制手段，具有巨大的经济效益。V2G是指电动汽车不仅能够从电网吸收电能，同时可以向系统输出功率，当电动汽车形成一定规模，就是电动汽车aggregator的概念，将成为一定量的可调度负荷和储能容量，通过一定市场手段可以实现对电动汽车充电负荷的控制，从而达到“削峰填谷”的作用。
合理配置储能装置：随着技术的发展，储能设备已经可以作为分布式电源的补充，与分布式发电单元组成中央控制系统可统一管理调度的供电系统。由于分布式电源和电动汽车充放电功率都具有随机性和不确定性，合理配置储能装置接入点和容量，对于系统安全稳定运行，改善电压分布具有重要意义，可以作为十分灵活的控制措施。
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论文作者:刘雯
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/18
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