光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)的交互影響

摘 要 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不斷提高，電力建設(shè)取得了顯著成效，本文將基于分布式光伏發(fā)電諧波源特性與功率波動(dòng)特性，分析分布式光伏接入配電網(wǎng)諧波、電壓波動(dòng)影響。仿真分析含有多接入點(diǎn)分布式光伏發(fā)電配電網(wǎng)諧波傳輸與放大特性影響，結(jié)果顯示了這一配電網(wǎng)中諧波傳輸與放大特性存在復(fù)雜性，與功率波動(dòng)密切相關(guān)的是母線節(jié)點(diǎn)短路容量與電壓波動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】多接入點(diǎn) 分布式 光伏發(fā)電系統(tǒng) 配電網(wǎng)交互

鑒于光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用到了逆變器等電力裝置，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的諧波，對(duì)電力系統(tǒng)造成了較大干擾，當(dāng)前，單點(diǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)諧波影響方面的研究主要集中在不同接入位置與容量對(duì)配電網(wǎng)諧波電壓與電流的影響上。鑒于配電網(wǎng)內(nèi)部諧波源非常多，有著分布參數(shù)特性，且放大特征更加的復(fù)雜，難以通過單點(diǎn)光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波性將整體的多接入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的諧波特性得到。由此，此次研究應(yīng)用仿真技術(shù)從系統(tǒng)角度對(duì)多接入點(diǎn)分布式光伏配電網(wǎng)諧波傳輸、諧波疊加、分布等方面內(nèi)容進(jìn)行研究，從而分析這些內(nèi)容對(duì)網(wǎng)點(diǎn)諧波特性與電壓波動(dòng)產(chǎn)生的影響。

1 分布式光伏配電網(wǎng)諧波機(jī)理分析

在配電網(wǎng)中介入分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)后，對(duì)配電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響的是接入位置、方法等，需要將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)配電網(wǎng)等效電路建立出來，從而更好的分析諧波傳輸與諧波分布特性及機(jī)理。

當(dāng)多個(gè)分布式光伏接入到配電網(wǎng)后，不同光伏控制獨(dú)立存在，將產(chǎn)生不同的諧波，諧波電流疊加與常規(guī)電流有著相似的原理，各個(gè)諧波源電流的矢量和就是疊加后諧波電流。另外，如果應(yīng)用相同型號(hào)的光伏逆變器，且逆變器控制同步時(shí)，多接入點(diǎn)分布式光伏并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)諧波有更大的影響。

2 分布式光伏的配電網(wǎng)電壓波動(dòng)

分布式光伏引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)機(jī)理是多樣的且復(fù)雜的，需要綜合對(duì)光伏功率波動(dòng)大小與并網(wǎng)點(diǎn)短路容量綜合考慮，同時(shí)需要考慮阻抗比R/X與光伏功率因數(shù)。網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)與光伏功率波動(dòng)量存在密切相關(guān)性，網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)越大，光伏功率波動(dòng)量就會(huì)隨之增大。通常，光伏輸出功率因數(shù)為1，且并網(wǎng)點(diǎn)到電源間的距離較短，容易使電壓波動(dòng)縱軸分量減少，電壓波動(dòng)大小將與等效阻抗存在反比關(guān)系，而與電壓波大小、等效阻抗呈現(xiàn)出正比關(guān)系。基于以上分析可以了解，當(dāng)?shù)刃ё杩箿p少時(shí)，并網(wǎng)電壓波也會(huì)隨之變小。

3 仿真分析

3.1 構(gòu)建仿真模型

為了更好開展配電網(wǎng)特性仿真研究，構(gòu)建仿真算例，其結(jié)構(gòu)見下圖2所示。圖中分布眾多的任意主干支路節(jié)點(diǎn)，且不同節(jié)點(diǎn)之間有著相等的距離，采用的線路為架空線路，不同負(fù)荷支路采用的是銅導(dǎo)線，且均按照負(fù)荷容量選用不同型號(hào)材料。

3.2 諧波仿真

理想電網(wǎng)條件下的諧波仿真負(fù)荷節(jié)點(diǎn)處的容量為85KW，占總負(fù)荷的2/3左右，此次研究應(yīng)用到DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件開展電磁暫態(tài)仿真。在分布式光伏L3點(diǎn)接入，對(duì)接入后的各母線節(jié)點(diǎn)諧波電流仿真模擬并分析，同時(shí)按照仿真結(jié)果對(duì)諧波電流幅值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。N4節(jié)點(diǎn)后線路等效阻抗開始增大，由此，從N5開始諧波電流為0，此時(shí)負(fù)荷阻抗依然是最大的，由此，諧波電流流入共同電網(wǎng)大部分是通過配電網(wǎng)主干線實(shí)現(xiàn)的。分布式光伏在L1～L5點(diǎn)接入時(shí)，不同接入點(diǎn)諧波電壓與電流存在差異，當(dāng)接入至L5節(jié)點(diǎn)時(shí)，諧波電流幅值增大，公共連接點(diǎn)的等效阻抗最小的是L1，由此，光伏接入產(chǎn)生的諧波電壓也偏小，仿真結(jié)果顯示了，接入點(diǎn)諧波電流如果有較小的變化，說明配電網(wǎng)諧波電壓分布曲線中光伏并網(wǎng)點(diǎn)有所提升，說明此處的諧波電壓水平較其他節(jié)點(diǎn)高。

非理想電網(wǎng)條件下諧波仿真。通過仿真分析，建立仿真平臺(tái)，在平臺(tái)中對(duì)控制模塊自定義，模擬電網(wǎng)背景諧波通過交流電壓源中加入指定次數(shù)與含量實(shí)現(xiàn)；仿真中電網(wǎng)與電壓含有不同諧波電壓，含量占5%。電網(wǎng)含有低次諧波時(shí)，分布式光伏系統(tǒng)同樣會(huì)將低次諧波流量輸出，且諧波次數(shù)與光伏輸出增大的諧波次數(shù)存在相關(guān)性。通過仿真結(jié)果可以了解到，如果中心為零序諧波，則與負(fù)序諧波之間相互影響，以上的仿真結(jié)果是解耦控制策略，在這一控制策略中，會(huì)使含有諧波電網(wǎng)電壓隨機(jī)方式進(jìn)入到控制系統(tǒng)內(nèi)，從而增大了輸出諧波電流。由此，這種電網(wǎng)條件對(duì)光伏逆變器控制提出了更高的控制要求。

3.3 電壓波動(dòng)仿真

利用DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件對(duì)分布式光伏發(fā)電功率波動(dòng)時(shí)對(duì)配電網(wǎng)電壓影響進(jìn)行仿真分析，仿真結(jié)果顯示了，各個(gè)母線的節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)有著一定規(guī)律，電壓波動(dòng)較大的是母線L2，電壓波動(dòng)值為d=0.652%。鑒于L2節(jié)點(diǎn)光伏中的功率變化較大，非常容易造成電壓波動(dòng)頻繁。另一個(gè)電壓波動(dòng)較大的是L5，電壓波動(dòng)為d=0.682%，鑒于L5節(jié)點(diǎn)與平衡節(jié)點(diǎn)電氣距離較大，但是容量則偏小，由此，雖然功率小，但是此處的電壓波動(dòng)依然非常大。電壓波動(dòng)最小的是N0，電壓波動(dòng)為d=0.056%，鑒于N0母線與平衡節(jié)點(diǎn)處有著較小的電氣距離，由此，此處有著較大的短路容量，電壓波動(dòng)也是最小的。通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，光伏并網(wǎng)點(diǎn)中有著嚴(yán)重的電壓波動(dòng)，且與功率波動(dòng)越靠近，電壓波動(dòng)的將越大。

4 結(jié)束語

本文主要對(duì)多接入點(diǎn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)交互影響進(jìn)行了分析，可以發(fā)現(xiàn)，將分布式光伏電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)后，傳統(tǒng)的單光電源輻射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)榱吮椴茧娫磁c用戶的多源性的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，隨之變得復(fù)雜的是電能質(zhì)量特性。針對(duì)以上仿真分析存在的問題，本次研究通過理論描述與仿真研究結(jié)合的方式探究了多接入點(diǎn)分布式光伏與配電網(wǎng)電能質(zhì)量交互影響。仿真結(jié)果顯示，分布式光伏諧波電流會(huì)經(jīng)由主干之路流入到公共電網(wǎng)中，除了光伏并網(wǎng)，其他負(fù)荷節(jié)點(diǎn)幾乎沒有諧波電流通過，且越與配電線路末端靠近，越會(huì)增強(qiáng)電網(wǎng)諧波畸形水平，電壓波動(dòng)與光伏功率大小也存在相關(guān)性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

陳浩龍（1988-），男，甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院助理講師。電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)。

作者單位

甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 甘肅省天水市 741025