基于隨機(jī)情景法的配電饋線光伏電源承載能力分析

李勝男，吳水軍，何廷一，高瑞林，鄭子萱

(1.云南電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217；2.四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065)

基于隨機(jī)情景法的配電饋線光伏電源承載能力分析

李勝男1，吳水軍1，何廷一1，高瑞林2，鄭子萱2

(1.云南電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217；2.四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065)

隨分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)在配電網(wǎng)的不斷接入，受過電壓、電壓穩(wěn)態(tài)變化、三相不平衡等因素影響，配電網(wǎng)安全可靠性將下降。提出一種基于隨機(jī)情景法的配電饋線PV承載能力分析方法，以過電壓、電壓變化、三相不平衡等為約束指標(biāo)，研究了光伏電源接入方式給不同電壓指標(biāo)造成的影響，并根據(jù)影響結(jié)果篩選恰當(dāng)?shù)碾妷杭s束條件。采用OpenDSS配電網(wǎng)仿真軟件分析IEEE 123節(jié)點配電網(wǎng)模型和Ckt-5配電網(wǎng)，結(jié)果驗證了以電壓為約束指標(biāo)的配電網(wǎng)光伏電源隨機(jī)情景承載能力分析法的有效性和正確性。

配電饋線；光伏電源承載能力；電壓約束；隨機(jī)情景法

隨著資源與環(huán)境問題日益突出，光伏、太陽能等清潔能源利用已成為發(fā)展趨勢[1]。大量光伏發(fā)電裝置接入配電網(wǎng)可有效改進(jìn)電源支撐能力，滿足日益增長的負(fù)荷需求和可持續(xù)發(fā)展問題，因此，國家明確規(guī)定，5 MW及以下容量光伏發(fā)電裝置可無條件接入電網(wǎng)。但光伏等清潔能源依賴于風(fēng)力、日照等自然環(huán)境，其固有的間歇性、波動性、不可控性等影響配電網(wǎng)承載能力的問題成為了必須考慮的重要課題[2-6]。配電網(wǎng)中供電質(zhì)量、供電可靠性是必須關(guān)注的重點問題，而電壓是配電網(wǎng)中最主要的電能質(zhì)量問題，供電可靠性考察的是長時間電壓中斷，因此，考慮電壓約束、研究配電網(wǎng)對光伏發(fā)電的承載能力具有重要理論價值和現(xiàn)實意義。

承載能力是21世紀(jì)以來以歐洲國家為代表的西方發(fā)達(dá)國家用于評價未來電網(wǎng)特性的一種方法，其中，承載能力作為一個定性概念，具有一定的開放性，通常根據(jù)所研究問題采用不同的指標(biāo)體系進(jìn)行評價。為此，國內(nèi)外對承載能力問題開展了大量研究，尤其是針對分布式光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電接入配電網(wǎng)，對配電饋線的分布式電源承載能力開展了大量研究。文獻(xiàn)[2]考慮現(xiàn)有配電網(wǎng)保護(hù)配置，以不出現(xiàn)反向潮流為原則，對最小負(fù)荷限制進(jìn)行了研究，從容量滲透率角度對光伏接納能力進(jìn)行了評估，從能量滲透率角度對提升接納能力的幾種措施進(jìn)行了比較；文獻(xiàn)[3-4]假設(shè)光伏布點與負(fù)荷呈同分布，以電壓波動與電壓偏差為約束，分6種情況推導(dǎo)出了可接入光伏容量的最大值，以10 kV典型配電網(wǎng)為例進(jìn)行了實際研究；文獻(xiàn)[5]結(jié)合配電網(wǎng)元件參數(shù)建立了典型配電網(wǎng)模型，考慮10 kV綜合電壓偏移、功率因數(shù)、諧波電流限值制，研究了光伏接入容量的邊界；文獻(xiàn)[6]考慮過電壓限制，通過簡化模型分析了配電饋線的阻抗比、上級配電網(wǎng)電壓和負(fù)荷分配對分布式光伏電源接入點處電壓的影響；文獻(xiàn)[7]使用Digsilent/Power Factory搭建IEEE 33節(jié)點模型，研究了分布式光伏接入位置對電能質(zhì)量的影響，并選取4條配電饋線研究了不同電能質(zhì)量指標(biāo)限制下接入容量的極值，建立了基于電流注入法的三相極限峰值功率模型，用IEEE 33節(jié)點模型研究了單節(jié)點和多節(jié)點光伏接入極限容量；文獻(xiàn)[8]對光伏并網(wǎng)逆變器造成的配電網(wǎng)諧波影響進(jìn)行了研究，結(jié)合熵值法提出了多節(jié)點分布式光伏接入容量確定方法，提出了分布式或集中式光伏發(fā)電裝置接入電網(wǎng)的建議。事實上，研究光伏等清潔能源接入電網(wǎng)，除了被動地研究可能造成的電能質(zhì)量問題和電網(wǎng)的影響外，主動研究電網(wǎng)對光伏等清潔能源的承載能力，并通過對承載能力的深入理解， 尋找清潔能源與電網(wǎng)、用戶協(xié)同發(fā)展的科學(xué)規(guī)律、科學(xué)方法、有效措施是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和工業(yè)的重要課題。

配電網(wǎng)的光伏承載能力不僅與光伏發(fā)電容量、數(shù)量和接入位置有關(guān)，還與配電網(wǎng)和配電饋線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、元件參數(shù)等有關(guān)，從配電網(wǎng)中最突出的電壓問題角度看，還必須考慮配電網(wǎng)的無功補(bǔ)償和調(diào)壓措施。文獻(xiàn)[2-7]對于儲能元件配置、配電饋線類型對于承載能力的影響進(jìn)行研究；文獻(xiàn)[9-10]提出了基于隨機(jī)情景法的配電網(wǎng)接入的分析框架，結(jié)合多情景光伏接入的穩(wěn)態(tài)分析，提出了滿足一定約束的配電網(wǎng)承載能力分析方法；文獻(xiàn)[11]在文獻(xiàn)[12]的基礎(chǔ)上，以4條實際饋線為例，對中壓單點光伏接入的承載能力進(jìn)行了研究，基于饋線并網(wǎng)風(fēng)險評估(FIRST)理論提出了饋線各點承載能力分區(qū)方法?，F(xiàn)有研究均基于一定限制開展研究，能反映電網(wǎng)承載能力，但需要大量數(shù)據(jù)，評估成本高，僅適合于光伏等小規(guī)模接入。為此，文獻(xiàn)[11]提出了考慮電壓越限和熱穩(wěn)越限的承載能力快速評估方法；文獻(xiàn)[13]提出了結(jié)合中低壓雙層電網(wǎng)的綜合承載能力評估方法；文獻(xiàn)[14]基于承載能力概念對多種分布式電源接入時配電網(wǎng)的承載能力進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[15]采用數(shù)據(jù)聚類技術(shù)，用8項系統(tǒng)特征對美國加利福尼亞7929例饋線進(jìn)行特征分類，并對饋線承載能力進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測；文獻(xiàn)[16]等還對承載能力提升問題進(jìn)行了探索。遺憾的是，針對配電饋線光伏承載能力的研究深度還不足，現(xiàn)有方法較復(fù)雜，難以滿足工程應(yīng)用需要。

筆者利用OpenDSS配電網(wǎng)仿真工具，基于隨機(jī)情景法研究配電網(wǎng)承載能力評估方法?？紤]實際配電網(wǎng)運(yùn)行中最關(guān)注的過電壓、電壓變化、三相電壓不平衡等電壓約束，提出承載能力評估中的電壓約束選取方法和配電饋線光伏發(fā)電裝置接入敏感點分析方法；對不同容量光伏接入時配電饋線的承載能力進(jìn)行詳細(xì)研究，最后通過仿真驗證提出方法的有效性和正確性。

1 配電饋線承載能力與電壓約束

1.1 配電網(wǎng)承載能力

承載能力概念是由歐洲電網(wǎng)運(yùn)營商提出，用于評估未來配電網(wǎng)性能，并作為預(yù)判未來電網(wǎng)發(fā)展新形勢的技術(shù)路線[17]。分布式光伏接入使配電網(wǎng)逐漸演變?yōu)橹鲃优潆娋W(wǎng)，這樣的電網(wǎng)可通過計算承載能力可接入光伏發(fā)電容量及其對電網(wǎng)的影響。

如圖1所示，分布式光伏接入時，承載能力定義為配電網(wǎng)性能指標(biāo)下降至電網(wǎng)不可承受限值時分布式光伏能源的接入容量。滲透(接入)容量超過配電網(wǎng)承載能力時，負(fù)面影響累積到危害電網(wǎng)運(yùn)行不可接受程度。承載能力的大小與電網(wǎng)性能指標(biāo)的變化規(guī)律、所選擇的衡量標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)。配電網(wǎng)原有運(yùn)行狀態(tài)越好，對光電的承載能力越強(qiáng)。但承載能力評價時，所選標(biāo)準(zhǔn)對所得評價結(jié)果影響較大，為了真實反應(yīng)配電網(wǎng)的承載能力，需綜合多種可能標(biāo)準(zhǔn)，并篩選出最恰當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)。

圖1 承載能力

如果度量承載能力的標(biāo)準(zhǔn)為單項標(biāo)準(zhǔn)，可用特性指標(biāo)函數(shù)表示，并由此得出評價指標(biāo)與滲透容量間的關(guān)系，如圖2所示?；陔S機(jī)情景法，以電壓偏差為評價指標(biāo)，指標(biāo)約束為0.03 p.u.，可進(jìn)行簡要分區(qū)，其中，區(qū)間A沒有越限，光伏接入的影響在可承受范圍內(nèi)，區(qū)間B的起始點出現(xiàn)了電壓越限，相應(yīng)的滲透容量為配網(wǎng)最小承載能力，區(qū)間C中全部情景均越限，此時的光伏容量配電網(wǎng)不可承受，電網(wǎng)的電壓質(zhì)量與運(yùn)行安全無保證。

圖2 最小承載能力與最大承載能力

在配網(wǎng)調(diào)度規(guī)劃時，最小承載能力反映電網(wǎng)度接入光伏的最嚴(yán)限制，是規(guī)劃光伏接入時的約束性指標(biāo)；最大承載能力反映電網(wǎng)對接入光伏的絕對限制，超過該限制，系統(tǒng)運(yùn)行不安全。承載能力邊界可定義為越限節(jié)點占比，如圖3所示，限制條件若為20%節(jié)點越限，承載能力是指首個越限節(jié)點接入的光伏發(fā)電容量超過20%，能從整體上反映配電網(wǎng)光伏承載能力。

1.2 承載能力的算法與電壓約束

承載能力的算法[17]：

1)選取符合分布式光伏接入的評價標(biāo)準(zhǔn)和所對應(yīng)的特性指標(biāo)；

2)依標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定特性指標(biāo)的約束條件；

3)按評價指標(biāo)列出對應(yīng)性能指標(biāo)與接入光伏容量間的函數(shù)關(guān)系，計算承載能力；

4)完成計算，得出評價標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)的承載能力。

承載能力計算的核心和難點是選取適當(dāng)?shù)脑u價標(biāo)準(zhǔn)和對應(yīng)的約束條件。分布式光伏接入配電網(wǎng)的不利影響體現(xiàn)在多方面，合理選擇評價標(biāo)準(zhǔn)，避免不必要的數(shù)據(jù)處理，對于實際工程中承載能力評估具有重要意義。

理想情況下，配電網(wǎng)節(jié)點應(yīng)運(yùn)行在標(biāo)稱電壓條件下。光伏電源接入配網(wǎng)的電壓約束有過電壓、穩(wěn)態(tài)電壓變化、電壓三相平衡等，三者對于系統(tǒng)電壓的限制角度不同，選取的基準(zhǔn)值有差異。過電壓是系統(tǒng)運(yùn)行的首要關(guān)注點，該限制針對系統(tǒng)電壓的幅值進(jìn)行衡量，選取系統(tǒng)標(biāo)稱電壓作為基準(zhǔn)值。在光伏機(jī)組(photovotaic，PV)滿出力時，不考慮光照強(qiáng)度和傾斜角變化時，文獻(xiàn)[18]、[19]對PV引起的電壓偏差作出了限制。節(jié)點電壓變化則將負(fù)載變化與分布式能源出力波動納入考量，選取節(jié)點光伏接入前電壓作為基準(zhǔn)。IEC 61000—3.3[20]對云暫態(tài)效應(yīng)引起PV出力波動導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)電壓變化做出了定義，并給出了約束建議。節(jié)點三相不平衡的約束條件則對三相電壓之間的不對稱進(jìn)行限制，文獻(xiàn)[21-23]針對PV接入引起三相不平衡給出了不平衡度算法和限制值。PV接入時的電壓約束如表1所示。

表1 配電網(wǎng)節(jié)點電壓監(jiān)測指標(biāo)以及約束條件

注：GB/T 12325—2008允許的電壓偏差范圍按照電壓等級進(jìn)行了區(qū)分，這里選用10 kV電壓等級的電壓偏差范圍作為示范

2 配電饋線PV承載能力分析

2.1 單點接入PV的配電饋線承載能力

PV接入配電網(wǎng)饋線帶來的影響受接入位置、容量等因素影響。計算配電饋線不同位置接入PV時的承載能力是評價配電網(wǎng)整體承載能力的基礎(chǔ)，由此篩選配電網(wǎng)中對PV最敏感的接入點。配電饋線上PV不同接入點的承載能力分析流程如圖4所示。

圖4 計算單點接入容量流程

通過各三相節(jié)點容量迭代計算確定不同接入點的越限情況和數(shù)據(jù)，其結(jié)果是評價饋線承載能力的依據(jù)。受光伏影響嚴(yán)重的節(jié)點數(shù)據(jù)可為敏感點評價提供支撐。

2.2 基于隨機(jī)情景法的多點接入承載能力

根據(jù)光伏電源接入容量、接入電壓等級，可將PV接入分為小規(guī)模接入和大容量接入情景。研究配電網(wǎng)光伏承載能力，需要考慮基于空間分布的PV接入位置和容量組合。考慮的情景越多，越具有典型性，越能反映實際，評估結(jié)果也越準(zhǔn)確。因此，可利用隨機(jī)情景法進(jìn)行多情景分析，但缺點是數(shù)據(jù)處理量大。

采用隨機(jī)情景法時，PV接入點隨機(jī)選擇，根據(jù)滲透容量，對隨機(jī)情景進(jìn)行有序分層，在起始場景基礎(chǔ)上逐層添加新的PV，簡化情景布置流程，使光伏布置場景排列有序，避免復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。在大容量PV隨機(jī)布置情景中，接入點一般選擇中壓三相配電節(jié)點。滲透容量每次增加500 kW并隨機(jī)接入電網(wǎng)時，滲透容量通常僅需分析到10 MW。滲透容量增加量與接入位置有關(guān)，所有已接入PV均應(yīng)考慮。小容量PV接入情景中，PV接入點一般為低壓配電網(wǎng)，PV容量受接入支路用戶負(fù)荷峰值和配電變壓器容量約束，需盡量避免出現(xiàn)反向潮流，因此，可用峰值負(fù)荷作為最大可接入容量的估計值，配電變壓器容量是PV容量的嚴(yán)格約束。

與大容量PV接入類似，滲透容量增加對應(yīng)于已有PV基礎(chǔ)上添加新的PV電源，PV容量增長隨所有可接入位置考慮完畢而停止，光伏情景布置如圖5所示。大規(guī)模與小規(guī)模PV接入情景的差別僅在于接入位置和容量。隨機(jī)接入小容量PV時，需按實際負(fù)荷點確定用戶真實需求，無負(fù)載或低負(fù)載節(jié)點，由于潮流反向與需求小等原因，應(yīng)盡量避免接入分布式PV。同時，考慮大容量和小容量PV接入情景，能較全面地反映配電網(wǎng)對分布式PV的承載能力。

圖5 光伏情景布置

3 仿真與案例

采用美國電科院(EPRI)OpenDSS開源三相配電網(wǎng)潮流仿真軟件進(jìn)行仿真。該系統(tǒng)元件定義簡單，元件模型多樣性好，對分布式電源和PV模型搭建提供了專門語句，適合于該課題研究。利用OpenDSS為MATLAB提供的COM接口，可通過MATLAB實現(xiàn)OpenDSS仿真控制和數(shù)據(jù)處理，便于實現(xiàn)隨機(jī)情景法。

對IEEE 123節(jié)點配電網(wǎng)和Ckt-5配電網(wǎng)進(jìn)行仿真，結(jié)構(gòu)如圖6，7所示。圖6中，IEEE 123節(jié)點配電系統(tǒng)電壓等級為4.16 kV，作為工業(yè)用戶供電電壓等級，模型中有4組調(diào)壓器，4組并聯(lián)電容補(bǔ)償器，系統(tǒng)總有功負(fù)荷為3.35 MW，無功負(fù)荷為1.925 MVar，三相負(fù)荷不平衡，三相節(jié)點數(shù)64個，帶負(fù)荷節(jié)點數(shù)95個。圖7中，Ckt-5配電網(wǎng)模型的中壓為12.47 kV，上級電壓為115 kV，是主電源。模型中有4組并聯(lián)電容補(bǔ)償器，補(bǔ)償容量為1 950 kVar，用戶數(shù)為1 379，負(fù)荷為1.631 MV·A，居民用戶占比96%。最大負(fù)荷運(yùn)行方式下，負(fù)載率<30%的輕載變壓器281臺，負(fù)載率>80%的重載變壓器100臺，過載變壓器47臺。在Ckt-5配電網(wǎng)情景分析時，選取60%峰值負(fù)荷情景進(jìn)行分析。

圖6 IEEE 123節(jié)點配電網(wǎng)模型

圖7 Ckt-5配電網(wǎng)模型

為了分析極端條件下的承載能力，假設(shè)：①PV系統(tǒng)采用整數(shù)功率因數(shù)控制；②PV滿出力且不考慮光照和傾斜角影響；③三相線路節(jié)點單點接入容量不受限；④負(fù)荷節(jié)點接入PV容量與負(fù)荷成比例，非主干饋線節(jié)點不接入PV。

3.1 單節(jié)點承載能力

選取IEEE 123節(jié)點模型作為單節(jié)點承載能力仿真模型進(jìn)行仿真，所得單點承載能力計算結(jié)果如表2所示，對于末端節(jié)點承載能力的統(tǒng)計結(jié)果如表3所示；單點承載能力分析結(jié)果如圖8，9所示。

表2 不同評價指標(biāo)時的單點承載能力

表3 不同限制條件下末端點單點承載能力

圖8 考慮過電壓因素的各點承載能力分布

圖9 考慮電壓變化因素的各點承載能力分布

由表2 與圖8、9結(jié)果可知，IEEE 123模型面臨的首要問題是末端PV單點接入引起的過電壓；其中，節(jié)點83有最小承載能力，僅為100 kW。實際中，三相集中式光伏電站接入容量常以500 kW為單位，根據(jù)單點承載能力計算結(jié)果考量，62.5%的節(jié)點承載能力小于500 kW，饋線單點承載能力的中值為200 kW，饋線PV接入受過電壓影響嚴(yán)重。對比表4中Ckt-5算例結(jié)果，Ckt-5網(wǎng)絡(luò)過電壓限制下承載能力明顯強(qiáng)于IEEE 123網(wǎng)絡(luò)，配電網(wǎng)架構(gòu)以及原始運(yùn)行狀態(tài)都會對承載能力產(chǎn)生影響。

相對過電壓限制而言，穩(wěn)態(tài)電壓變化對單點接入容量的限制較寬松。由表2可知，單點承載能力最小值為1 050 kW，對應(yīng)節(jié)點66處于線路末端，但與節(jié)點83接入并聯(lián)電容器的情況存在差異。2種指標(biāo)衡量配電網(wǎng)承載能力評估方面不同，饋線末端面臨的主要問題也因饋線結(jié)構(gòu)與裝置配置出現(xiàn)差異。

表4 不同限制條件下單點承載能力

圖8，9給出了IEEE 123節(jié)點系統(tǒng)各節(jié)點的點單點承載能力，圖中，按節(jié)點顏色由深及淺的規(guī)律，相應(yīng)節(jié)點承載能力增加。圖8中，承載能力評價指標(biāo)為過電壓；圖9中評價指標(biāo)為節(jié)點穩(wěn)態(tài)電壓變化量。2種評價指標(biāo)下饋線首端靠近上級電源點的承載能力明顯強(qiáng)于以穩(wěn)態(tài)電壓變化量為評價指標(biāo)時，饋線末端節(jié)點66對于PV接入最敏感，其單點承載能力對應(yīng)整體最小值1 050 kW。以過電壓作為評價指標(biāo)類似，線路首端節(jié)點的PV承載能力明顯強(qiáng)于末端節(jié)點，而并聯(lián)電容器接入節(jié)點承載能力明顯弱于其他節(jié)點；因此，應(yīng)避免在末端無功補(bǔ)償點接入PV。

3.2 基于隨機(jī)情景法的饋線承載能力

1)大容量PV接入時的饋線承載能力。

PV大容量接入IEEE 123節(jié)點與Ckt-5配電網(wǎng)的饋線承載能力仿真結(jié)果如表5所示。以IEEE 123節(jié)點配電網(wǎng)為例，大容量PV隨機(jī)接入時的節(jié)點電壓最大值、節(jié)點電壓變化最大值與接入容量間的關(guān)系如圖10,11所示。觀察整體最大值分布可知，評價指標(biāo)雖有波動，但總體呈增長趨勢；相同滲透容量下由于PV接入位置的隨機(jī)性，最大值分布不同；隨滲透容量增長，最大值分布范圍逐步增大。與限制條件對比可見，滲透容量達(dá)500 kW時，電壓越限；容量達(dá)1 500 kW時，穩(wěn)態(tài)電壓變化量越限。

表5 不同監(jiān)測指標(biāo)下大容量光伏接入饋線承載能力

圖10 大容量接入節(jié)點電壓最大值

圖11 大容量接入節(jié)點電壓變化最大值

2)小容量PV接入時的饋線承載能力。

小容量PV接入點一般位于用戶接入點，該文為反映用戶需求，將接入點限制在負(fù)荷節(jié)點。IEEE 123節(jié)點系統(tǒng)中的負(fù)荷節(jié)點數(shù)為95，單相負(fù)荷節(jié)點接入PV可能導(dǎo)致三相電壓不平衡。分布式PV接入容量按用戶負(fù)荷比例分配，接入原則：以1 kW為最小容量單位，以用戶負(fù)荷容量為PV接入容量上界。根據(jù)用戶對PV的接納程度，定義光伏負(fù)荷占比，假設(shè)用戶安裝分布式PV容量以用戶意愿與負(fù)荷比例確定，按光伏負(fù)荷占比為50%，70%，90%3種情況進(jìn)行分析。引入變異系數(shù)(CV)概念，用于評估承載能力離散程度。按不同承載能力定義，根據(jù)仿真結(jié)果，統(tǒng)計出2種評價體系下配電網(wǎng)承載能力和承載能力離散程度，如表6所示，其中，節(jié)點越限占比為20%。由表6可見，不同PV接納程度下，以過電壓為評價指標(biāo)時，各項承載能力變異系數(shù)均<10%，離散程度較小，可認(rèn)為承載能力與光伏負(fù)荷占比無關(guān)。以電壓變化量為評價指標(biāo)時，由于數(shù)據(jù)點少，最小承載能力與最大承載能力受邊界光伏接入方式影響大，離散程度大，且中間承載能力變異系數(shù)為2.67%，此時，應(yīng)以中間承載能力作為配電網(wǎng)承載能力評估指標(biāo)。

在Ckt-5配電模型中，低壓配電網(wǎng)通過配電變壓器連接中壓配電網(wǎng)，電壓等級為240 V，負(fù)載情況不同，限制條件僅需滿足變壓器不過載。對光伏負(fù)荷占比分別為70%，90%，100%，110%進(jìn)行分析，初始光伏布置情景數(shù)為40，總數(shù)為55 160，結(jié)果如表7，8所示。由于節(jié)點越限指標(biāo)取20%時數(shù)據(jù)過少，因此，以5%作節(jié)點越限占比。由表7,8可見，各承載能力變異系數(shù)均<10%，說明承載能力為確定值，與光伏負(fù)荷占比無關(guān)。IEEE 123節(jié)點系統(tǒng)PV接入容量與評價指標(biāo)最大值間的關(guān)系如圖12,13所示。

表6 不同限制條件下小容量接入饋線承載能力

表7 Ckt-5模型不同限制條件下小容量接入饋線承載能力

表8 Ckt-5配電網(wǎng)模型不同限制條件下小容量光伏接入考慮節(jié)點越限占比的饋線承載能力

圖12 IEEE 123節(jié)點配電網(wǎng)光伏負(fù)荷占比50%時小容量光伏接入節(jié)點電壓最大值分布

圖13 IEEE 123節(jié)點配電網(wǎng)光伏負(fù)荷占比90%時小容量光伏接入節(jié)點電壓變化最大值分布

分析三相不平衡時，計算配電網(wǎng)中壓主干節(jié)點三相不平衡度，IEEE 123節(jié)點系統(tǒng)三相不平衡度與接入容量的關(guān)系如圖14所示?？紤]多光伏布置情景，三相不平衡度最大值接近0.028，未超過3%約束，因此，IEEE 123節(jié)點系統(tǒng)不存在三相不平衡越限問題；同理對Ckt-5模型的三相不平衡度進(jìn)行，結(jié)果與IEEE 123模型類似，可見三相不平衡度總體趨勢為趨于變小。雖然三相不平衡在算例中無越限情況，但實際中如果在輕負(fù)荷相接入PV，可能引起三相不平衡度越限，因此，在進(jìn)行承載能力分析時，三相不平衡仍應(yīng)作為評價指標(biāo)。

圖14 IEEE 123節(jié)點配電網(wǎng)光伏負(fù)荷占比90%時小容量光伏接入節(jié)點三相電壓不平衡度最大值分布

4 結(jié)語

隨機(jī)情景法能對配電饋線PV承載能力進(jìn)行有效分析，通過多情景分析，可真實反映實際配電網(wǎng)運(yùn)行中PV隨機(jī)接入情況。在評價以電壓為約束的配電饋線PV承載能力時，過電壓、電壓變化、三相不平衡是評價配電饋線PV承載能力的3個重要評價指標(biāo)，并構(gòu)成配電饋線承載能力評價的指標(biāo)體系。通過全網(wǎng)單點承載能力計算確定PV接入的敏感點及其分布，利用光伏負(fù)荷占比和變異系數(shù)進(jìn)行離散程度評估，能對配電饋線的PV承載能力做出合理評價，對2個仿真模型的分析結(jié)果證明了該文方法的有效性和正確性。

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PV hosting capacity analysis method of distribution feeder based on stochastic scene

LI Sheng-nan1, WU Shui-jun1, HE Ting-yi1, GAO Rui-ling2, ZHENG Zi-xuan2*

(1. Yunnan Electric Power Research Institute, Kunming 650217,China; 2. College of Electrical Engineering and Information Technology, Sichuan University, Chengdu 610065,China)

With the increasing penetration of distributed PV, distribution networks are influenced by overvoltage, voltage fluctuation and voltage imbalance, resulting in low safety and reliability. A PV hosting capacity analysis method based on stochastic scene was introduced in this paper. Over-voltage, voltage change and voltage imbalance were selected as constrains to study the effect of PV. Then using suitable constraints on evaluation indicators, hosting capacity of actual distribution network was analyzed. Open DSS based simulation results show that the hosting capacity analysis method of distribution feeder based on stochastic scene is effective and accurate.

distribution feeder; PV hosting capacity; voltage constrains; stochastic scene method

2016-10-30

中國南方電網(wǎng)公司科技項目(YNKJQQ00000279)

鄭子萱(1990-)，男，博士研究生，主要從事優(yōu)質(zhì)電力、可再生能源并網(wǎng)與承載能力的研究；E-mail: 472277716@qq.com

TM715

A

1673-9140(2016)04-0026-10