分布式光伏接入对电网线损的影响研究
分布式光伏接入对电网线损的影响研究
随着分布式光伏发电的快速发展，其接入配电网带来的功率波动直接影响了电网的电能损耗。本文深入分析了分布式光伏接入对电网线损的具体影响，通过理论计算和仿真分析，揭示了不同接入位置和容量下的线损变化趋势，并提出了相应的降损策略，为新型电力系统的建设和运行提供了重要参考依据。
分布式光伏接入电网的基本原理
光伏发电的基本原理是光伏效应。当光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中的所有电子吸收，电子吸收的能量足够大，可以克服金属的内部引力，逃离金属表面，成为光电子。
白天采用高能vcz晶体发电板和阳光互感对接，24小时风能发电互补，通过自动接收转换柜直接满足所有家用电器的需求。通过国家信息产业化学物理电源产品质量监督检验中心。
光导致不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间的电位差。它首先是从光子（光波）转化为电子的过程。光能转化为电能；其次，形成电压过程。有了电压，就像筑高坝一样。如果两者相连，就会形成电流电路。
光伏发电的主要原理是半导体的光电效应。硅原子有四个外部电子。如果将磷原子等五个外部电子原子混合到纯硅中，则成为N型半导体；如果将硼原子等三个外部电子原子混合到纯硅中，则形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面会形成电势差，成为太阳能电池。当太阳光照射到P-N结时，穴位从P极区移动到N极区，电子从N极区移动到P极区，形成电流。
多晶硅经过铸锭、破锭、切片等程序制成待加工的硅片。硅片与微量硼磷混合，形成P-N结。然后用丝网印刷，将精制的银浆印在硅片上，做成栅线，烧结后做成背电极，在带栅线的表面涂上防反射涂层，这样电池片就可以做成了。电池板排列组合成电池组件，形成大电路板。一般在组件周围包裹铝框，正面覆盖玻璃，背面安装电极。有了电池组件和其他辅助设备，就可以形成发电系统。为了将直流电转化为交流电，需要安装电流转换器。发电后可以用电池存储，也可以输入公共电网。在发电系统成本中，电池组件约占50%，电流转换器、安装成本、其他辅助部件等费用占50%。
光伏发电系统分为独立光伏发电系统、并网光伏发电系统和分布式光伏发电系统。
1.独立光伏发电也被称为离网光伏发电。它主要由太阳能电池组件、控制器和电池组成。为为交流负载供电，还需要配置交流逆变器。独立光伏发电站包括偏远地区的村庄供电系统、太阳能家用电源系统、通信信号电源、阴极保护、太阳能路灯等光伏发电系统。
2.并网光伏发电是指太阳能组件产生的直流电直接通过并网逆变器转换为符合市电网要求的交流电网。
可分为带电池的并网发电系统和没有电池的并网发电系统。带电池的并网发电系统具有可调度性，可根据需要并入或退出电网，也具有备用电源的功能。当电网因故停电时，可以紧急供电。带电池的光伏并网发电系统经常安装在居民楼；没有电池的并网发电系统不具备可调度和备用电源的功能，一般安装在较大的系统上。并网光伏发电具有集中式大型并网光伏电站，一般为国家级电站。其主要特点是将发电能直接输送到电网，由电网统一分配给用户供电。但这类电站投资大，建设周期长，占地面积大，发展不大。分散式小型并网光伏，特别是光伏建筑一体化光伏发电，由于投资小、建设快、占地面积小、政策支持大，是并网光伏发电的主流。
- 分布式光伏发电系统，又称分散式发电或分布式能源供应，是指在用户现场或用电现场附近配置较小的光伏发电供电系统，以满足特定用户的需求，支持现有配电网的经济运行，或同时满足这两个方面的要求。分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、DC汇流箱、DC配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，以及供电系统监控装置和环境监测装置。其运行模式是在太阳辐射的情况下，光伏发电系统的太阳能电池组件阵列将太阳能转换输出的电能通过DC汇流箱集中输送到DC配电柜，由并网逆变器转换为交流电源供应建筑自身负荷，通过连接电网调节多余或不足的电力。
分布式光伏对线损的影响机制
随着整县分布式光伏的稳步推进，光伏对电网的影响越来越大，当光伏电源连接到某个区域的电网系统中后，电网系统中的电流分布也会发生变化，存在于电网中的功率的流向也不再是向负荷流动的单一路线，这使得电网由单一电源结构变为多电源结构，容易出现潮流逆向流动的情况，变压器负荷大幅波动，对配电网的经济运行，特别是台区线损产生较大影响。
分布式光伏对线损的影响与容量、接入位置、用电负荷及电网结构有一定关联，分析可以得出在光伏并网中实现局部电网最低线损率的方式如下：在光伏电源的安装工程中，技术人员要优先选择电压等级最高的节点作为光伏电源的接入节点，并且要保证所选择的接入节点是靠近最高电压等级节点变压器一侧的，并且要保证接入节点所占的负荷比例比电网中的其他节点要大，光伏电源的最佳容量为该地区总电网负荷量的30%左右。在上述条件的基础上选择光伏电源的接入节点，就能保证光伏并网中地方电网线损率是最低的。
（一）对线损电量的影响
1.功率方面。当光伏上网负荷小于台区承载负荷时，线损率会降低，反之，线损率则会大幅度升高。当台区挂接的分布式光伏容量相对较小且就地消纳时，发电负荷与用电负荷部分抵消，可以有效降低电网潮流，从而降低损耗电量。当台区挂接的分布式光伏容量相对较大，无法就地消纳时，产生反向潮流，增加了损耗电量。即随着发电负荷的逐渐增大，台区线损呈现先降低再升高的趋势。
以南朱解村南Ⅷ台架200kVA（台区编号4218519）为例，从线损率曲线和电量两方面分析。该台区2020年4月22日前接带有1户容量为6千瓦的全额上网光伏户，因并网日期较早（2017年4月17日），该户并网前后的线损率变化暂无法分析。2020年4月22日，该台区并网2户容量均为20.52千瓦的全额上网光伏户，该台区并网容量达到47.04千瓦，占配变容量比为23.52%。2020年3月台区线损率3.74%，2020年4月台区线损率3.64%，2020年5月台区线损率3.21%，具体见下面的线损率图表，可以看出在该台区接带少量光伏时，台区线损率呈现一定程度下降。
南朱解村南Ⅷ台架200kVA在上述光伏基础上，2020年11月新增2户光伏，分别为11月2日新增17千瓦光伏，11月16日新增28.6千瓦光伏，至此，该台区并网容量达到92.64千瓦，占配变容量比为46.32%。2020年11月台区线损率3.97%，较2020年10月线损率上升0.22个百分点，在接带光伏相对较多、超过用电负荷时，台区线损率呈现一定范围内波动趋势。
南朱解村南Ⅷ台架200kVA在上述5户光伏基础上，2021年4月16日新增25千瓦光伏，5月19日新增25千瓦光伏，至此，该台区并网容量达到142.64千瓦，占配变容量比为71.32%。2021年10月台区线损率3.75%，2021年11月台区线损率3.79%，即接带光伏较多、大幅超过用电负荷时，台区线损率呈现略有上升趋势，但升压造成的变压器损耗等受限于配变高压侧未安装计量暂时无法纳入统计。
从供售电量及发电量数据，可以简要分析一下该台区低压潮流随着新增光伏容量增加的变化情况。
2020年3月台区总表正向供电量11483kWh，光伏发电805kWh，台区总表反供上级电量0kWh，用户售电量11828kWh。2020年4月台区总表正向供电量10420kWh，光伏发电886kWh，台区总表反供上级电量0kWh，用户售电量10895kWh。即在无光伏或少量光伏的情况下，基本为单纯的由上一级电网为主供电源向台区分散的低压用电负荷供电，潮流方向为单向流动，线损相对较大。2019年1月至2020年4月平均线损率为4.55%。
2020年5月台区总表正向供电量7923kWh，光伏发电5544kWh，台区总表反供上级电量1882kWh，用户售电量11153kWh。2020年11月台区总表正向供电量5132kWh，光伏发电5057kWh，台区总表反供上级电量3019kWh，用户售电量6765kWh。此时，4月下旬并网的2个光伏户已正常发电，潮流方向为双向流动，较大部分发电量台区内低压就地消纳，由光伏并网点流向低压用电负荷；少部分发电量在低压就地消纳不了的情况下，潮流为通过配变反供至上一级电网。在发电量能够
理论计算与仿真分析
为引导能源产业低碳、绿色发展，碳达峰、碳中和战略有序推进，户用分布式光伏容量大幅增长，低压台区线损理论计算变得日益复杂。针对现有含高密度分布式光伏的低压台区线损理论计算方法在快速性、准确性上不能满足台区线损降损要求，提出一种新的基于改进潮流计算的低压台区三相线损理论计算方法。首先，根据逆变器类型对两类分布式光伏电源进行建模，确立PI、PV型光伏节点向PQ节点转化的方案。然后，采用前推回代法计算牛顿-拉夫逊法（简称牛拉法）初始值，并通过梯度下降法修正牛拉法迭代的雅可比矩阵，有效提高计算的精度与速度。最后，以某省实际低压台区所采集的数据为例，验证所提方法在提升台区三相线损理论计算上的正确性与有效性，并应用计算结果指导台区线损精益化管理工作。
降损策略与实践
12月19日，国网海东供电公司《新型电力系统背景下源网荷储灵活互动的配电网线损最优策略》课题研究顺利通过国网青海省电力公司验收。这是青海省首个战略性线损课题研究。
国网海东供电公司服务分布式光伏电站并网。（李永鹏摄）
近年来，随着政府大力推广、用户接纳程度不断提高、设备技术趋于成熟，分布式电源在青海省海东市发展较为迅速。截至目前，海东供电公司分布式光伏用户2196户，分布在299个台区中。随着海东市分布式电源持续增加，新能源装机占比持续提升，受新能源发电波动性特点的影响，部分台区线损率不断升高，因此开展源网荷储灵活互动的配电网线损最优策略研究迫在眉睫。
2022年，海东供电公司组建线损治理柔性团队，围绕新型电力系统构建，结合源网荷储等电网特征要素，深入研究新型配电系统线损影响因素，剖析配电网线损管理面临的主要问题，构建新型电力系统背景下线损精益化提升场景，重点分析源侧、网侧、荷侧、储侧等方面对配电网线损的影响。该公司提出差异化降损优化措施，以线损率和损失电量为基本因素，采用“四象限法”划分优质型、提质型、发展型、低效型评价区域，科学制定配电网降损策略，实现配电网设备降损优先级划分，指导配电网降损工作。
同时，海东供电公司创新性地研究出海东市分布式光伏接入配电网主要技术原则，将研究成果固化为海东市分布式光伏接入配电网主要技术原则之一。该研究成果不仅是分布式光伏接入配电网的常规技术原则，还是分布式光伏接入位置选择等方面的最优技术原则，科学系统性地指导分布式光伏接入配电网。
结论与展望
分布式光伏接入对电网线损的影响是一个复杂而重要的课题。通过理论分析和实际案例研究，我们发现分布式光伏的接入位置、容量以及用电负荷的变化都会对线损产生显著影响。在一定条件下，合理配置分布式光伏可以有效降低线损，但过度接入或不当配置则可能导致线损率升高。因此，需要通过精确的理论计算和仿真分析来优化分布式光伏的接入方案，并结合实际运行数据制定科学的降损策略。未来，随着新能源技术的不断发展和智能电网的建设，如何实现分布式光伏与电网的更优协同，将是研究的重要方向。