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含分布式电源的配电网电压越限薄弱环节识别方法的研究报告

作者及发表信息
该研究由李乃双（南京工业大学电气工程与控制科学学院）、郝丽丽（南京工业大学）、郝思鹏（南京工程学院电力工程学院）、刘海涛（南京工程学院）、王昊昊（南瑞集团有限公司智能电网保护和运行控制国家重点实验室）共同完成，并于2019年4月发表在《电力自动化设备》（Electric Power Automation Equipment）第39卷第4期。

学术背景
随着全球能源结构向清洁化、智能化转型，分布式电源（Distributed Generation, DG）如风电、光伏等在配电网中的渗透率不断提高。然而，DG的间歇性出力与负荷的随机波动可能导致配电网电压越限问题，影响系统安全稳定运行。传统研究多聚焦于DG接入对电网的影响、优化配置及协同调压，但往往忽略网损对电压降落的精确计算，导致DG最大准入容量（Maximum Penetration Level）估算误差较大，或未能有效识别电压越限的薄弱节点。

本研究旨在提出一种含DG的配电网电压越限薄弱环节识别方法，通过机理分析、网损压降比系数定义及DG/负荷最大准入容量计算，实现电压越限节点的快速定位与原因分析，为配电网规划与运行提供理论支持。

研究流程与方法
1. 电压越限机理分析
- 基于基尔霍夫电流定律（KCL）推导配电网电压降落公式，分析负荷、馈线阻抗、DG出力等因素对电压的敏感度。
- 定义电压敏感度指标，如式（2）所示，量化有功/无功功率及线路参数对节点电压的影响。
- 提出三种调压手段：电源侧调压（调节变压器分接头）、无功补偿设备调压、配电网扩建（缩短供电半径）。

1. 网损压降比系数与DG最大准入容量计算

   • 提出网损压降比系数（γ），表征网损引起的电压降落占比，简化网损对电压影响的量化分析（式14）。
     
   • 推导计及网损的DG集中并网最大准入容量公式（式15），并通过IEEE 33节点系统仿真验证。结果显示，靠近电源点的节点DG准入容量更大（如节点5为8.18 MW，节点17仅为2.04 MW）。
     
   • 针对DG分散接入场景，提出容量折算方法（式18-19），将各节点DG容量归算至馈线末端，以聚合容量判断电压越限风险。
     

2. 负荷最大准入容量计算

   • 建立负荷扩容约束模型（式20），计算各节点在电压不越下限条件下的最大新增负荷容量。仿真表明，负荷裕度（Load Margin）越小的节点对负荷波动越敏感。
     

3. 薄弱环节识别流程

   • 基于网络拓扑、DG/负荷容量等参数，结合最大准入容量与折算容量，构建电压越限判别流程（图4）。通过6种运行方式（表2）验证，成功识别出轻载时DG过载导致的电压越上限（如节点13-15）及重载时负荷过重导致的电压越下限（如节点31-32）。
     

主要结果与逻辑关联
- 网损影响量化：网损压降比系数γ范围为0.02~0.06，表明网损对电压降落的贡献不可忽略（图B1）。
- DG准入容量规律：集中接入时，末端节点DG容量限制更严格（图7），且有功功率对电压的敏感度更高；分散接入时，折算至末端可提高系统总消纳能力（图8）。
- 负荷扩容能力：节点7-17的负荷裕度较大，适合接入波动性负荷，而末端节点扩容能力有限（图9）。

结论与价值
1. 科学价值：提出网损压降比系数和DG容量折算方法，弥补了传统研究中网损近似计算的不足，为含DG配电网的电压安全分析提供了新工具。
2. 应用价值：所提方法可快速识别电压薄弱节点，指导DG规划与负荷管理，提升配电网对可再生能源的消纳能力。
3. 创新性：首次将DG分散接入容量折算至末端节点进行聚合分析，解决了多DG场景下的电压越限判别难题。

研究亮点
- 方法创新：通过γ系数精确量化网损影响，避免传统修正因子的主观性。
- 工程实用性：基于IEEE 33节点系统的仿真验证了方法的普适性，可直接应用于实际配电网。
- 多场景适用性：覆盖DG集中/分散接入、轻/重负荷等多种运行方式，具有较强的鲁棒性。

其他价值
附录中提供的网损解耦计算（附录A）和负荷-DG协同调压策略（附录C）为后续研究提供了重要参考。