分布式光伏發(fā)電接入對(duì)配電網(wǎng)諧波特性的影響*

葉琳浩　黃偉　張勇軍

(1.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院， 廣東 廣州 510640； 2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局， 廣東 佛山 528000)

分布式光伏發(fā)電接入對(duì)配電網(wǎng)諧波特性的影響*

葉琳浩1，2黃偉2張勇軍1

(1.華南理工大學(xué) 電力學(xué)院， 廣東 廣州 510640； 2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局， 廣東 佛山 528000)

摘要:為研究分布式光伏發(fā)電并入配網(wǎng)對(duì)諧波特性的影響，建立簡(jiǎn)化的配網(wǎng)模型進(jìn)行理論分析，考慮了電纜電容和無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響，背景諧波采用工程實(shí)際應(yīng)用較多的恒流源模型，基于Digsilent搭建實(shí)際的分布式光伏發(fā)電接入的配網(wǎng)模型，研究了PV接入方式、電容的系統(tǒng)響應(yīng)特性變化對(duì)配電網(wǎng)諧波的影響.仿真分析表明：特定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)會(huì)相應(yīng)放大某一次或某幾次諧波，使諧波畸變的嚴(yán)重程度超出系統(tǒng)承受范圍；優(yōu)化PV的接入位置和分散度方式、改善濾波通道等方法可降低配網(wǎng)的波形畸變水平.

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；可再生能源；分布式光伏發(fā)電；諧波畸變

以石油、煤炭、天然氣為主的化石能源逐漸走向枯竭，為應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，各國(guó)政府紛紛將風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電等可再生能源的發(fā)展提上戰(zhàn)略議程.我國(guó)《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃(2014-2020年)》提出“綠色低碳”的發(fā)展戰(zhàn)略，擬將2030年非化石能源占比提高到20%左右.

對(duì)于可再生能源極度豐富的地區(qū)可采用集中式發(fā)電，接入到110 kV電網(wǎng)；對(duì)于資源相對(duì)匱乏的地區(qū)則適合發(fā)展分布式發(fā)電，接入35 kV及以下的中低壓配網(wǎng).光伏屋頂、家用小風(fēng)電都屬于分布式可再生能源，其接入配網(wǎng)將會(huì)改變配網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)，對(duì)配網(wǎng)產(chǎn)生較為復(fù)雜的影響.大部分可再生能源需要經(jīng)過(guò)電力電子裝置轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的工頻電流才能并入系統(tǒng)，因此向電網(wǎng)注入諧波是不可避免的[1].注入的諧波不僅會(huì)對(duì)加速老化配網(wǎng)中的變壓器、電容器、電纜等設(shè)備，增加額外損耗，還會(huì)增大對(duì)波形質(zhì)量較敏感的企業(yè)用戶(hù)的生產(chǎn)誤差，使企業(yè)蒙受不必要的損失.

分布式光伏發(fā)電是目前最具開(kāi)發(fā)潛力的可再生能源發(fā)電技術(shù)之一，產(chǎn)生諧波較多，文中以文獻(xiàn)[2- 3]中描述的三相光伏逆變電源作為研究對(duì)象分析可再生能源接入對(duì)配網(wǎng)諧波特性的影響.然而配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及光伏接入位置及方式選擇多樣性[4]給配網(wǎng)諧波分析帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn).文獻(xiàn)[5]中建立了電力電子裝置和配電網(wǎng)的模型，對(duì)含分布式電源配電網(wǎng)的諧波特性進(jìn)行了詳細(xì)的分析，但其主要考慮理想狀態(tài)下高次諧波的影響而選擇忽略低次諧波.文獻(xiàn)[6]中對(duì)線(xiàn)性模型、非線(xiàn)性模型分布式電源分別在理想配電網(wǎng)系統(tǒng)中進(jìn)行了研究，但未考慮實(shí)際配網(wǎng)中電纜對(duì)地電容的影響.文獻(xiàn)[7]中基于PSCAD/EMTDC平臺(tái)搭建了光伏并網(wǎng)模型，模擬不同接入條件下光伏并網(wǎng)對(duì)配網(wǎng)諧波的影響，根據(jù)負(fù)載容量?jī)?yōu)化了接入位置，然而其用于仿真的配網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅有一個(gè)分支且距離較短，均為架空線(xiàn)路，不能體現(xiàn)實(shí)際配網(wǎng)分支負(fù)荷分布對(duì)整體的影響以及高電纜出線(xiàn)的電容特性對(duì)諧波的影響.

文中選取實(shí)際型號(hào)的逆變器模擬光伏系統(tǒng)(PV)，基于IEC61000標(biāo)準(zhǔn)建立PV的諧波源模型，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)自逆變器出廠(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù).通過(guò)改變PV的接入方式、位置等因素來(lái)詳細(xì)分析可再生能源接入對(duì)配網(wǎng)的諧波特性影響.

1諧波分析方法

太陽(yáng)能發(fā)電要通過(guò)光伏逆變器并網(wǎng)，因而會(huì)向配電網(wǎng)注入大量諧波電流，引起各節(jié)點(diǎn)電壓畸變.

引起畸變的大小與PV接入的容量及位置有關(guān)，為簡(jiǎn)化分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的單輻射饋線(xiàn)配網(wǎng)系統(tǒng)，如圖1所示.

圖1　PV接入配網(wǎng)圖

圖中，M為等效電網(wǎng)母線(xiàn)到PV的距離；L為負(fù)荷到等效電網(wǎng)的距離；VG為PV并網(wǎng)點(diǎn)的電壓幅值；對(duì)照?qǐng)D1，下文中，δG為PV并網(wǎng)的電壓相角；PG為PV輸出的有功功率；QG為PV輸出的無(wú)功功率；cosφG為PV的功率因數(shù)；φG為PV的功率因數(shù)角；VD為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓幅值；PD為負(fù)荷消耗的有功功率；QD為負(fù)荷消耗的無(wú)功功率；cosφD為負(fù)荷消耗的功率因數(shù)；輸電線(xiàn)的單位阻抗設(shè)為r+jx，單位電納設(shè)為b.

1.1諧波源模型

電力系統(tǒng)中多數(shù)諧波潮流分析是用線(xiàn)性穩(wěn)態(tài)電路的處理技術(shù)進(jìn)行求解.諧波源是一種非線(xiàn)性元件，通常認(rèn)為是往線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)模型注入諧波的注入源，可分為電流源和電壓源.目前工程實(shí)際應(yīng)用中將逆變器和負(fù)荷中非線(xiàn)性負(fù)載看做是內(nèi)阻無(wú)窮大的諧波恒流源,便于對(duì)多個(gè)無(wú)規(guī)則諧波源進(jìn)行疊加計(jì)算，正適合于文中對(duì)多個(gè)諧波電流經(jīng)過(guò)線(xiàn)路傳輸后對(duì)各節(jié)點(diǎn)波形畸變的影響研究.

通常，配電母線(xiàn)上的電壓畸變相對(duì)較低，因此在供電系統(tǒng)中可以認(rèn)為逆變器及非線(xiàn)性負(fù)載的電流畸變是相對(duì)恒定和獨(dú)立的畸變，即認(rèn)為諧波源所產(chǎn)生的諧波電流僅取決于設(shè)備的出廠(chǎng)頻譜特性.

(1)

(2)

式中：Ih、θh為h次諧波電流的幅值和相角；I1、Imeah、Imea1分別代表實(shí)際基波電流、h次諧波測(cè)試電流、基波測(cè)試電流；θ1、θmea1、θmeah分別為基波電流相角、基波電流測(cè)試相角、h次諧波測(cè)試相角；各次諧波電流含量水平可以由文獻(xiàn)[9]或從設(shè)備出廠(chǎng)測(cè)試報(bào)告獲取.恒流源模型在多諧波源疊加問(wèn)題方向應(yīng)用廣泛，因而非常適合文中分布式光伏電源并網(wǎng)的研究.

1.2未接入光伏時(shí)的諧波分析

常規(guī)的配網(wǎng)負(fù)荷屬于非線(xiàn)性負(fù)荷，本身也是一個(gè)諧波源.在PV接入之前，注入各節(jié)點(diǎn)的諧波電流僅與流入負(fù)荷的基波電流幅值和相角成線(xiàn)性關(guān)系.假設(shè)負(fù)荷電流的第h次諧波用其幅值與基波電流幅值的比值表示，記為IDinh，流入負(fù)荷的基波電流幅值為

(3)

第h次諧波的注入電流為

(4)

系統(tǒng)等值網(wǎng)絡(luò)如圖2所示.

圖2　PV未接入配網(wǎng)模型圖

(5)

式中,r、x、b均為線(xiàn)路的單位電阻、電抗、電納，對(duì)于同一型號(hào)的線(xiàn)路取常數(shù)值.當(dāng)諧波次數(shù)h變化時(shí)諧波電壓也會(huì)變化，因此不同次數(shù)的諧波經(jīng)過(guò)同一線(xiàn)路其影響特性也不同.由于電纜線(xiàn)路的單位導(dǎo)納較大，因此即使是配網(wǎng)較短的線(xiàn)路也不可忽略其對(duì)地電容的影響.不同的線(xiàn)路型號(hào)和長(zhǎng)度會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)特定的h,使VDh有一個(gè)極大值，可以看做是線(xiàn)路對(duì)特定次數(shù)諧波的放大作用.

2PV接入對(duì)諧波的影響分析

從PV流出的基波電流IG的幅值為

(6)

PV注入電流的第h次諧波用其幅值與基波電流幅值的比值表示，記為IGinh.h次諧波注入電流幅值為

(7)

h次諧波注入電流相角為

θGh=θGih+h(δG-φG)

(8)

假設(shè)PV的第h次諧波的電流相角θGinh為0，而PV的功率因數(shù)接近于1，所以φG很小，接近于0.又因?yàn)榕渚W(wǎng)線(xiàn)路較短，且線(xiàn)路r/x較大，所以δG接近于 0，因此θGh為0.同理，負(fù)荷的第h次諧波注入電流相角也為0.線(xiàn)路末端負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的第h次諧波電壓幅值可以表示為

(9)

接入PV后系統(tǒng)的等值模型如圖3所示.

圖3　PV接入后配網(wǎng)模型圖

通過(guò)對(duì)比式(5)與(9)，可以得出接入PV后，線(xiàn)路末端節(jié)點(diǎn)的h次諧波電壓幅值變化，即

(10)

①接入點(diǎn)之前的線(xiàn)路

假設(shè)在接入點(diǎn)之前某一位置Z(Z

(11)

PV一般不參與電壓調(diào)節(jié)即為恒功率模型，由電壓質(zhì)量分析已知，接入位置增大，VG也增大，IGh隨之減小.同理，隨著接入位置M增大，沿線(xiàn)壓降減小，末端電壓就增加.由式(2)可知，當(dāng)末端電壓增大時(shí)，IDh就會(huì)減小，因此式(11)中的VZh就會(huì)減小，電壓畸變幅度降低.

②接入點(diǎn)之后的線(xiàn)路

假設(shè)在接入點(diǎn)之后的某個(gè)位置Z，Z>G,則該點(diǎn)的第h次諧波電壓幅值可以表示為

(12)

由式(12)可以看出，雖然電纜線(xiàn)路的b值相對(duì)較大，但數(shù)量級(jí)仍然很小，在諧波次數(shù)h較小的情況下，接入位置M增大，(2hbrM)2+(2h2bxM-1/M)2整體減小，相應(yīng)次數(shù)的諧波電壓增大；h較大時(shí)，注入的諧波電流IGh又很小，相應(yīng)次數(shù)的諧波電壓畸變的增加對(duì)總電壓畸變影響較小.因此，當(dāng)接入位置M增大時(shí)，接入點(diǎn)之后的線(xiàn)路電壓畸變幅度增加.

3系統(tǒng)響應(yīng)特性對(duì)諧波的影響分析

供電企業(yè)為保障客戶(hù)端的電壓質(zhì)量和提高供電可靠性，在城農(nóng)網(wǎng)改造時(shí)逐步完善了10 kV配電線(xiàn)路中的無(wú)功補(bǔ)償裝置.長(zhǎng)支路的感抗加上補(bǔ)償電容的容抗恰好形成一個(gè)串聯(lián)電抗電容的支路如圖4所示.為方便分析諧波相應(yīng)特性，此處忽略電阻的作用.

圖4　含支路補(bǔ)償電容等效系統(tǒng)圖

Fig.4Equivalent network model with compensation capacitor in branch

圖4中，In為第n次諧波電流，XL為支路感抗，XC為補(bǔ)償器的容抗，XS為系統(tǒng)側(cè)感抗.Inc為流入支路的n次諧波電流，Ins為流入系統(tǒng)側(cè)的n次諧波電流.電感的諧波阻抗與頻率成正比，電容的諧波阻抗與頻率成反比.因此當(dāng)諧波次數(shù)增大到nx時(shí)，發(fā)生并聯(lián)諧振，諧振環(huán)流會(huì)使得系統(tǒng)中nx次及其附近的諧波電流被放大，相應(yīng)的諧波電壓畸變也會(huì)放大.且支路電容越大，nx就越小.

4仿真驗(yàn)證與分析

4.1算例介紹

文中所用的配網(wǎng)模型來(lái)自廣東某城市配網(wǎng)的一條10 kV鏈?zhǔn)金伨€(xiàn)，饋線(xiàn)是沿著開(kāi)閉所方向的一條長(zhǎng)線(xiàn)路，由開(kāi)閉所拓展至附近的負(fù)荷點(diǎn).其網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和具體參數(shù)分別見(jiàn)圖5和表1.母線(xiàn)0是10 kV變電站出口母線(xiàn)，母線(xiàn)1-6分別是沿線(xiàn)的6座開(kāi)閉所.負(fù)荷用戶(hù)主要由學(xué)校、商場(chǎng)大廈、居民區(qū)組成，負(fù)荷變化具有一定的時(shí)間特性.

圖5　鏈?zhǔn)金伨€(xiàn)結(jié)構(gòu)圖

編號(hào)線(xiàn)路線(xiàn)路型號(hào)長(zhǎng)度/km有功/MW無(wú)功/Mvar10-1YJV-3001.950.4600.04421-2YJV-3001.281.9050.34232-3YJV22-3×3001.801.3830.25243-4YJLV-2400.250.7250.10454-5YJLV-2400.100.4400.11665-6YJV-1500.470.2190.057

4.2仿真案例說(shuō)明

分布式光伏電源接入的位置、方式以及負(fù)載情況的不同都會(huì)引起對(duì)配網(wǎng)電能質(zhì)量影響的不同，故選取幾種典型的接入情況作為仿真案例，細(xì)節(jié)見(jiàn)表2.

選用目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率較高的YG公司生產(chǎn)的0.05 MV·A的光伏逆變器作為分布式光伏電源，其諧波特性參數(shù)取自其出廠(chǎng)測(cè)試報(bào)告，各次諧波最大含有率取三相最大值(見(jiàn)表3).

表2　仿真案例說(shuō)明

1)表格中的百分比是占最大負(fù)荷容量的百分比.

表3　逆變器諧波參數(shù)

4.3接入位置對(duì)諧波的影響

圖6是算例4下的各節(jié)點(diǎn)電壓總畸變率，可以看出，在不改變諧波源模型、接入方式及接入容量的情況下，分布式光伏的位置越接近系統(tǒng)母線(xiàn)，則線(xiàn)路整體的諧波畸變水平就越低，與文獻(xiàn)[7]中的結(jié)論一致.但文中最大諧波電壓畸變點(diǎn)位于線(xiàn)路末端節(jié)點(diǎn)，而文獻(xiàn)[7]中的諧波電壓畸變最大的節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)在接入點(diǎn)，這是因?yàn)槲闹锌紤]到實(shí)際配網(wǎng)的負(fù)荷中存在非線(xiàn)性負(fù)荷，也會(huì)向系統(tǒng)注入諧波電流.故校核線(xiàn)路節(jié)點(diǎn)電壓是否都滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可以直接由線(xiàn)路末端的電壓畸變值判斷得出結(jié)論.接入位置的改變是通過(guò)改變基波電壓來(lái)影響諧波的注入水平.由于接入容量未超過(guò)負(fù)荷總?cè)萘繒r(shí)，沿線(xiàn)電壓仍呈下降趨勢(shì)，即接在首端時(shí)接入點(diǎn)的基波電壓要高于接入在末端時(shí)的基波電壓，而對(duì)于恒功率模型的光伏電源，基波電壓越高，基波電流則越小，因此，光伏電源的接入位置越接近系統(tǒng)母線(xiàn)，整體注入PCC的諧波電流就越小.反之，接入位置越靠近末端，注入PCC點(diǎn)的諧波電流就越大.

圖6　不同接入位置下各節(jié)點(diǎn)的電壓總畸變率

Fig.6Total voltage distortion rate of each node under different access locations

4.4分散方式對(duì)諧波的影響

考慮到用戶(hù)實(shí)際需求以及資源分布問(wèn)題，實(shí)際規(guī)劃光伏等分布式可再生能源時(shí)很難將其集中到一個(gè)負(fù)荷點(diǎn).當(dāng)接入容量較大時(shí)，通常會(huì)分散到各節(jié)點(diǎn)接入.對(duì)算例5進(jìn)行仿真，分散方式分別為平均分布，隨機(jī)分布(電腦隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生)，按負(fù)荷比例分布(該點(diǎn)接入容量與接入總?cè)萘恐鹊扔谠擖c(diǎn)負(fù)荷與負(fù)荷總?cè)萘恐?進(jìn)行仿真，每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入的逆變器臺(tái)數(shù)見(jiàn)表4，每臺(tái)逆變器的容量為0.05 MVA,仿真結(jié)果見(jiàn)圖7.

表4不同分散度下接入容量(臺(tái)數(shù))信息表

Table 4Access capacity information under different dispersities(set)

接入方式母線(xiàn)1母線(xiàn)2母線(xiàn)3母線(xiàn)4母線(xiàn)5母線(xiàn)6平均接入99991010隨機(jī)接入1146810126隨機(jī)接入2121811348按負(fù)荷比例接入43014323

圖7　不同分散度下各節(jié)點(diǎn)的電壓總畸變率

Fig.7Total voltage distortion rate of each node under different dispersities

由圖7可以看出,平均接入和按負(fù)荷比例接入整體的諧波水平要略高于隨機(jī)接入，這主要由兩個(gè)原因造成.其一是隨機(jī)接入接在首端的容量較大，由接入位置分析已知接入位置靠近系統(tǒng)母線(xiàn)可減少諧波的注入水平.另一個(gè)原因是每一臺(tái)光伏逆變電源都可以看作是一個(gè)小諧波源，諧波源與諧波源之間的諧波存在疊加關(guān)系.當(dāng)兩臺(tái)諧波源靠的比較近時(shí)，相角可能較為接近，呈線(xiàn)性疊加.單點(diǎn)數(shù)量較多時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相角正負(fù)抵消的情況，諧波注入反而會(huì)比更分散的接入方式注入諧波小.

4.5負(fù)荷輕載對(duì)諧波的影響

由上述分析可知，光伏出力越大，諧波畸變也就越大.以上仿真基于負(fù)荷和光伏電源都是恒功率模型，然而實(shí)際中的配網(wǎng)負(fù)荷和光伏出力都是實(shí)時(shí)變化的，且變化幅度較大.國(guó)標(biāo)中對(duì)注入PCC點(diǎn)的諧波電流及各節(jié)點(diǎn)電壓畸變率有嚴(yán)格限制，因此必須考慮較為極端的情況，以防止注入的諧波高于國(guó)標(biāo)限值.選擇算例2、3、6，仿真結(jié)果見(jiàn)圖8.

由圖8可以看出，重載時(shí)饋線(xiàn)的諧波要略高于輕載時(shí)的諧波水平，這主要由兩個(gè)原因造成.其一，負(fù)荷本身是一個(gè)諧波源，負(fù)荷輕載，其注入諧波電流也就較小.負(fù)荷諧波電流與逆變器諧波電流相比較小，影響并不大.另一個(gè)原因則是負(fù)荷輕載時(shí)，沿線(xiàn)電壓會(huì)升高，對(duì)于功率一定的光伏電源其諧波基波電流會(huì)減小，注入的諧波電流也會(huì)相應(yīng)減小.從整體來(lái)看，負(fù)荷輕載反而會(huì)造成諧波水平有輕微降低，不會(huì)惡化諧波水平.

圖8　負(fù)荷輕載時(shí)各節(jié)點(diǎn)的電壓總畸變率

Fig.8Total voltage distortion rate of each node under light load

4.6電纜電容對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)特性的影響

使用算例3進(jìn)行仿真，諧波源在饋線(xiàn)的末端.先將所有電纜線(xiàn)路的對(duì)地電容參數(shù)設(shè)為0，觀(guān)察各次諧波的注入電流、線(xiàn)路中段的電流以及注入外網(wǎng)的電流，結(jié)果如圖9所示.

圖9　不計(jì)電纜電容時(shí)系統(tǒng)的各次諧波

將電纜線(xiàn)路的電容參數(shù)設(shè)為實(shí)際值，各次諧波的注入電流、線(xiàn)路中段的電流以及注入外網(wǎng)的電流如圖10所示.

圖10　計(jì)及電纜電容時(shí)系統(tǒng)各次諧波

由圖9可以看出，在不考慮電纜電容的情況下，并聯(lián)諧振點(diǎn)在25次諧波之外，光伏電源的諧波主要集中于2-25次，尤其是11次以下，25次之外的可以忽略，因此當(dāng)諧振點(diǎn)在25次之外時(shí)，對(duì)整體的諧波放大作用不明顯.當(dāng)計(jì)及電纜的電容時(shí)，如圖10所示，諧振點(diǎn)明顯向前偏移，對(duì)14次附近諧波有一個(gè)極端放大，由于實(shí)際存在的電阻值并非小到可以忽略，因此諧振點(diǎn)的諧波電流是被放大到一定值而非理論上的無(wú)窮大.綜合圖9、10可以看出，PV通過(guò)逆變器并入配網(wǎng)會(huì)使得配網(wǎng)的偶次諧波不能被忽視，大量注入偶次諧波會(huì)嚴(yán)重危害打牌PCC點(diǎn)的上其他出線(xiàn)的用電設(shè)備，造成旋轉(zhuǎn)電機(jī)、變壓器以及電容器的損傷，同時(shí)還可能干擾繼電保護(hù)裝置和自動(dòng)重合閘裝置的正常工作.國(guó)標(biāo)[14]中依據(jù)PCC點(diǎn)不同的外網(wǎng)短路容量制訂了詳細(xì)的各次諧波電流注入限值及換算公式，以防止過(guò)多注入的諧波電流影響配網(wǎng)的安全運(yùn)行.通常濾波時(shí)濾波通道設(shè)置在注入諧波較大的頻率，然而更高次的諧波在經(jīng)過(guò)系統(tǒng)響應(yīng)后再被放大，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成危害，因此在設(shè)置濾波通道時(shí)，還應(yīng)考慮系統(tǒng)的響應(yīng)特性，調(diào)整濾波器的串抗率，讓諧振點(diǎn)處在諧波較小的頻帶內(nèi).

5結(jié)語(yǔ)

文中在考慮電纜對(duì)地電容的影響上建立配網(wǎng)及諧波源的簡(jiǎn)化模型，對(duì)PV接入帶來(lái)的影響進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo).通過(guò)仿真計(jì)算結(jié)果的對(duì)比，得出如下結(jié)論：

(1)引入通過(guò)電力電子器件并網(wǎng)的可再生能源會(huì)明顯增加配網(wǎng)的諧波電壓畸變水平.特定長(zhǎng)度的電纜線(xiàn)路會(huì)對(duì)對(duì)應(yīng)次數(shù)及其附近的諧波產(chǎn)生放大作用，需要安裝濾波裝置來(lái)限制單次過(guò)高諧波.

(2)接入位置不變時(shí)，接入的容量越大，配電網(wǎng)的諧波畸變水平就越高；接入容量不變時(shí)，接入位置越靠近線(xiàn)路末端，配電網(wǎng)的諧波畸變水平就越高，最大諧波電壓畸變點(diǎn)位線(xiàn)路末端節(jié)點(diǎn).從減小諧波畸變率的角度出發(fā)，不宜將可再生能源接入線(xiàn)路的末端，可以考慮接在負(fù)荷較重的中部節(jié)點(diǎn).

(3)在滿(mǎn)足用戶(hù)的安裝需求以及線(xiàn)路載容量的校核后，應(yīng)盡量控制PV從同一點(diǎn)接入，諧波源之間的相互抵消作用可幫助降低諧波的擴(kuò)散.

(4)當(dāng)負(fù)荷中存在大量非線(xiàn)性負(fù)荷時(shí)，校核PV接入是否會(huì)引起諧波畸變超標(biāo)時(shí)，應(yīng)考慮到最極端的情況，即負(fù)荷水平達(dá)到最大.

(5)校核諧波畸變時(shí)還需考慮周邊電網(wǎng)的背景諧波情況，如是否存在冶煉業(yè)或牽引站，推薦留有一定裕度，防止配網(wǎng)諧波因周邊背景諧波的傳遞而超標(biāo).

(6)PV的接入使得配網(wǎng)內(nèi)的10-25次諧波值不可忽略.設(shè)置濾波通道時(shí)不僅要考慮諧波的注入特征，還需考慮系統(tǒng)的響應(yīng)特征，以防某些高次諧波被放大，危害配網(wǎng)安全.

文中目前只考慮了逆變型電源的接入，隨著可再生能源的發(fā)展，會(huì)有更多類(lèi)型的電源接入配網(wǎng)，多種不同類(lèi)型的電源接入會(huì)對(duì)配網(wǎng)諧波產(chǎn)生怎樣的交互影響還有待進(jìn)一步研究.

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Influence of Distributed Photovoltaic Power Generation on Harmonic Characteristics of Power Distribution Network

YELin-hao1,2HUANGWei2ZHANGYong-jun1

(1.School of Electric Power, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China;2.Foshan Power Supply Bureau, Guangdong Power Grid Corporation, Foshan 528000, Guangdong, China)

Abstract:In order to investigate the influence of distributed photovoltaic power generation on the harmonic characteristics of power distribution networks, a simplified model for the theoretical analysis of power distribution network is established, which considers the influences of cable capacitance and reactive power compensation device on the system response characteristics. Next, an actual distribution network model based on Digsilent is constructed by using the constant-current source model commonly used in engineering practice as the harmonic source model, and the model is then used to reveal the harmonic characteristics affected by the PV access mode and the system response characteristics of capacitance.Simulated results show that specific grid structure may amplify the harmonic and cause excessive waveform distortion, and that the distortion level can be decreased by optimizing the access location and dispersion of PV and by improving the filtering channels.

Key words:power distribution network;renewable energy; distributed photovoltaic power generation; harmonic distortion

收稿日期:2015- 06- 24

*基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51377060)；華南理工大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(2013ZM0013)

Foundation item:Supported by the National Natural Science Foundation of China(51377060)

作者簡(jiǎn)介:葉琳浩(1983-)，男，博士生，現(xiàn)任職于廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司佛山供電局，主要從事電力系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行與規(guī)劃研究.E-mail:77329615@qq.com

文章編號(hào):1000- 565X(2016)04- 0084- 07

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 401+.1；TM 615

doi：10.3969/j.issn.1000-565X.2016.04.013