高比例分布式光伏接入背景下配电网电压调控方法研究

关键字：高比例分布式光伏；配电网；电压调控；柔性交流输电系统；储能技术；主动配电网；

1、引言

随着全球能源危机的日益加剧和环境保护意识的不断提升，可再生能源的开发与利用成为能源领域的重要发展方向。分布式光伏作为一种清洁、高效的可再生能源发电形式，凭借其安装灵活、投资成本逐渐降低等优势，在配电网中的接入比例不断提高。然而，高比例分布式光伏的接入也给配电网的稳定运行带来了一系列挑战，其中电压问题尤为突出。因此，深入研究高比例分布式光伏接入背景下配电网电压调控方法，具有重要的理论意义和实际应用价值。

2、高比例分布式光伏接入背景下配电网电压调控传统方法

2.1 变压器分接头调节

变压器分接头调节是配电网中一种传统的电压调控方法，主要通过改变变压器的变比来调整二次侧母线电压。配电变压器通常采用有载分接开关或无载分接开关来实现分接头的调节。无载分接开关需要在变压器停运的情况下进行调节，适用于电压变化较为缓慢且不需要频繁调节的场合；而有载分接开关则可以在变压器带负荷的情况下进行调节，能够快速响应电压的变化，适用于电压波动较为频繁的场合。

在高比例分布式光伏接入的配电网中，当分布式光伏出力增大导致配电网节点电压升高时，可以通过降低变压器的分接头档位，减小变压器的变比，从而降低二次侧母线电压，进而抑制配电网节点电压的升高。反之，当分布式光伏出力减小导致配电网节点电压降低时，可以通过提高变压器的分接头档位，增大变压器的变比，提高二次侧母线电压，以维持配电网节点电压在允许范围内。

然而，变压器分接头调节也存在一些局限性。首先，变压器分接头的调节档位是有限的，通常只有几个或十几个档位，无法实现电压的连续调节，调控精度相对较低。其次，有载分接开关的调节次数是有限的，频繁调节会缩短其使用寿命，增加维护成本。此外，变压器分接头调节主要针对变压器二次侧母线电压进行调控，对于配电网末端节点的电压调控效果相对较差，难以解决配电网末端因分布式光伏接入而产生的电压问题。

2.2 并联电容器补偿

并联电容器补偿是配电网中常用的无功功率补偿方法，通过在配电网中并联电容器组，向配电网提供无功功率，以改善功率因数，降低线路损耗，同时也可以起到调节电压的作用。在高比例分布式光伏接入的配电网中，分布式光伏的输出功率主要为有功功率，其无功功率输出能力较弱，甚至需要从配电网吸收无功功率来维持自身的正常运行。这会导致配电网中的无功功率不足，功率因数降低，线路损耗增大，同时也会引起电压降低。

通过并联电容器补偿，可以向配电网注入无功功率，提高配电网的功率因数，减少线路中的无功电流，从而降低线路损耗和电压降，提高配电网节点电压。当分布式光伏出力增大时，配电网中的有功功率增加，无功功率需求也可能相应增加，此时投入更多的电容器组，可以满足无功功率需求，维持电压稳定；当分布式光伏出力减小时，无功功率需求减少，可切除部分电容器组，避免因无功功率过剩导致电压升高。

并联电容器补偿具有投资成本低、运行维护简单、响应速度较快等优点。但它也存在一些不足之处，例如电容器组的补偿容量通常是固定的，难以根据配电网无功功率的变化进行连续调节，容易出现过补偿或欠补偿的情况。此外，电容器组对电压波动和闪变的抑制效果较差，无法有效解决分布式光伏出力波动引起的电压波动和闪变问题。

2.3 静止无功补偿器

静止无功补偿器（SVC）是一种基于电力电子技术的无功功率补偿装置，能够快速、连续地调节无功功率输出，以适应配电网无功功率的变化，从而实现对配电网电压的有效调控。

在高比例分布式光伏接入的配电网中，当分布式光伏出力波动导致配电网无功功率变化时，SVC 可以通过调节 TCR 的导通角来改变电抗器的无功功率吸收量，或者通过投切 TSC 来改变电容器的无功功率输出量，从而实现对配电网无功功率的快速补偿。例如，当分布式光伏出力增大，配电网中无功功率不足导致电压降低时，SVC 可以减小 TCR 的导通角，减少电抗器的无功功率吸收，同时投入 TSC，增加电容器的无功功率输出，以提高配电网的无功功率水平，升高电压；当分布式光伏出力减小，配电网中无功功率过剩导致电压升高时，SVC 可以增大 TCR 的导通角，增加电抗器的无功功率吸收，切除部分TSC，减少电容器的无功功率输出，以降低配电网的无功功率水平，降低电压。

3、基于先进技术的配电网电压调控方法

3.1 柔性交流输电系统（FACTS）技术

3.1.1 静止同步补偿器（STATCOM）

在高比例分布式光伏接入的配电网中，STATCOM 可以通过检测配电网的电压、电流等参数，实时计算出所需的无功功率补偿量，然后通过控制 VSC 的输出电压和电流，向配电网注入或吸收相应的无功功率，以维持配电网电压的稳定 [1]。

3.1.2 动态电压恢复器（DVR）

在高比例分布式光伏接入的配电网中，分布式光伏出力的剧烈波动可能会导致配电网出现电压暂降或暂升。DVR 可以通过实时监测配电网的电压变化，在电压出现异常时，迅速启动补偿功能，输出补偿电压，抵消配电网电压的变化，保证负荷侧的电压质量。此外，DVR还可以对配电网中的谐波进行抑制，进一步改善电能质量。

3.2 储能技术

3.2.1 电池储能系统（BESS）

在配电网中，BESS 可以与分布式光伏电站联合运行，形成光储联合系统。当分布式光伏出力大于配电网负荷需求时，BESS 可以吸收多余的电能进行充电；当分布式光伏出力小于配电网负荷需求时，BESS可以释放存储的电能进行放电，以补充配电网的功率缺口。通过这种充放电控制，可以有效平抑分布式光伏出力的波动，减少其对配电网电压的影响。

此外，BESS 还可以通过参与配电网的无功功率调节来实现电压调控。一些先进的 BESS 系统不仅可以输出有功功率，还可以输出无功功率，通过调节其无功功率输出量，可以改变配电网的无功功率分布，从而影响配电网的节点电压。例如，当配电网节点电压偏低时，BESS可以增加无功功率输出，提高节点电压；当节点电压偏高时，BESS 可以减少无功功率输出或吸收无功功率，降低节点电压。

3.2.2 飞轮储能系统

在高比例分布式光伏接入的配电网中，飞轮储能系统可以快速响应分布式光伏出力的波动，通过吸收或释放功率来平抑功率波动，从而稳定配电网电压。例如，当分布式光伏出力突然增加时，飞轮储能系统可以迅速吸收多余的功率，避免配电网电压升高；当分布式光伏出力突然减少时，飞轮储能系统可以快速释放功率，弥补功率缺口，防止配电网电压降低。由于飞轮储能系统的响应速度极快（通常在毫秒级），因此它在抑制电压波动和闪变方面具有显著的优势。

4、结论​

高比例分布式光伏接入是能源转型的必然趋势，配电网电压调控需从 “被动应对” 转向 “主动管理”，通过技术创新与策略优化，实现配电网的安全、经济、高效运行，为新型电力系统建设提供支撑。

参考文献：

[1] 尚博文 , 徐铭铭 , 张金帅 , 等 . 高比例分布式光伏接入背景下配电网电压调控方法研究综述 [J]. 智慧电力 ,2024,52(12):1-11.