分布式光伏電源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響與改善

高忠旭　李仕杰　范駿杰

摘 要：主要對(duì)分布式光伏電源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響與改善進(jìn)行了分析。首先對(duì)分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的組成及控制原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，其次針對(duì)分布式光伏電源并網(wǎng)模型的建立進(jìn)行了一定的闡述和研究，最后舉例分析了光照引起的光照出力變化對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行電壓的影響，并提出了抑制電壓波動(dòng)和防止電壓越限的措施。

關(guān)鍵詞：分布式；光伏電源；配電網(wǎng)電壓；光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM615；TM714.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.09.057

1 分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的組成及控制原理

要分析光伏發(fā)電，首先要了解整個(gè)光伏發(fā)電的原理。通過(guò)研究和分析可發(fā)現(xiàn)，整個(gè)光伏發(fā)電主要有以下2種形式：①借助于高壓線路的輸電網(wǎng)來(lái)達(dá)到發(fā)電的目的。這是整個(gè)配電網(wǎng)的重要組成方式。②通過(guò)在低壓線路中接入線路的組合形式來(lái)達(dá)到發(fā)電的目的。這2種光伏電源的發(fā)電形式在整個(gè)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用，是整個(gè)電網(wǎng)輸送環(huán)節(jié)中應(yīng)用較為廣泛的形式。其中，分布式光伏電源簡(jiǎn)稱“PV”。光伏電源系統(tǒng)主要分為光伏陣列、逆變器以及變壓器和控制系統(tǒng)等組織形式，在整個(gè)電網(wǎng)工程中發(fā)揮著重要作用。

2 分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

對(duì)于分布式光伏電源，要從整個(gè)分布式光伏電源的多種角度來(lái)分析。通過(guò)分析能夠看出，由于整體性能要求的不同，分布式光伏電源具有一定的差異，所以在能量的傳輸和變換的控制方式方面存在一定的差異。分布式光伏電源逆變系統(tǒng)主要有電流源型和電壓源型2種表現(xiàn)形式。這2種形式對(duì)輸電整體功能產(chǎn)生不同影響。

分布式光伏電源有多種不同的輸出方式。對(duì)于不同的輸出方式，要對(duì)整個(gè)分布式光伏電源進(jìn)行細(xì)致分析，尤其是一定的逆變器對(duì)電流、電壓的影響會(huì)有所不同。對(duì)于輸出功率來(lái)說(shuō)，電流和電源完全以電網(wǎng)的電壓為依據(jù)，在電網(wǎng)輸出上，逆變器的管理對(duì)電網(wǎng)電壓、電流的影響比較大。所以鑒于這種情況，應(yīng)用分布式光伏電源能夠提高整個(gè)電流的輸出效率，并且在電網(wǎng)建設(shè)上，其應(yīng)用范圍比較廣。

3 分布式光伏電源并網(wǎng)模型的建立

在對(duì)分布式光伏電源進(jìn)行研究時(shí)，首先要考慮整個(gè)光伏電源的出力情況。光伏電源的出力情況不僅對(duì)饋線有著極大的影響，對(duì)電網(wǎng)的電壓分布產(chǎn)生重要影響，還對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的建立和電源線的建設(shè)造成一定的影響。對(duì)分布式光伏電源進(jìn)行分析，首先要選擇一條電壓為10 kV左右的饋線，整個(gè)饋線上有6個(gè)負(fù)荷接入點(diǎn)。在電網(wǎng)運(yùn)行中，饋線的接入和與其他負(fù)荷點(diǎn)之間的距離要能夠在結(jié)構(gòu)圖上有所體現(xiàn)，電網(wǎng)傳輸干線的抗阻為0.2～0.4 Ω/km。這種電網(wǎng)的阻值處于正常范圍內(nèi)。對(duì)電網(wǎng)的建設(shè)來(lái)說(shuō)，配電網(wǎng)主要采用的是一種較為簡(jiǎn)單的PI控制系統(tǒng)。在電網(wǎng)建設(shè)時(shí)，要能夠根據(jù)不同的電壓建立分布式光伏電源，同時(shí)要能夠接入到整個(gè)配電網(wǎng)中。電網(wǎng)模型要能夠根據(jù)具體的電網(wǎng)建設(shè)原理來(lái)建立，以此達(dá)到一種與使用狀態(tài)接近的狀態(tài)。

4 光伏出力變化情況對(duì)電壓影響的仿真分析

外界因素會(huì)對(duì)分布式光伏電源產(chǎn)生巨大的影響，外界因素的變化會(huì)導(dǎo)致光伏電源的輸出率發(fā)生一定的變化。原因之一便是負(fù)荷大小發(fā)生變化，導(dǎo)致整個(gè)電網(wǎng)的輸出功率也發(fā)生一定的變化。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，當(dāng)負(fù)載的阻抗和內(nèi)阻抗達(dá)到一種匹配的狀態(tài)時(shí)，光伏電源的出力程度就相對(duì)較高。在進(jìn)行光伏電源的研究中，首先要考慮點(diǎn)樣的輻照度和溫度的變化量2個(gè)因素。針對(duì)不同的溫度變化量所進(jìn)行的光伏研究，要在一定程度上將整個(gè)電源輸出、溫度與點(diǎn)樣的輻照度聯(lián)系起來(lái)。通過(guò)研究和分析發(fā)現(xiàn)，光伏電源的變化量與太陽(yáng)的點(diǎn)樣輻射是一種正比關(guān)系，點(diǎn)樣輻照度越高，光伏電源的出力程度也就越高。

對(duì)光伏陣列進(jìn)行分析能夠發(fā)現(xiàn)，分布式光伏電源的直流側(cè)最大輸出功率會(huì)隨著輻照度的波動(dòng)而出現(xiàn)一定的波動(dòng)。整個(gè)光伏陣列最大輸出功率的出現(xiàn)時(shí)間為下午13：00左右。這主要是由太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)引起的。此時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輻照度為1 195.1 W/m2，功率輸出達(dá)到143.5 kW，光伏陣列的輻照度出現(xiàn)較大波動(dòng)。在光伏電站單位時(shí)間內(nèi)，以1 min來(lái)計(jì)算，直流側(cè)輸出功率的最大跌幅達(dá)到32.7 kW，大約占據(jù)最大輸出功率的23%.分布式光伏電源的輸出功率直接影響整個(gè)線路的運(yùn)行，從而對(duì)電力線路的電壓分布產(chǎn)生極大影響。

5 抑制電壓波動(dòng)和防止電壓越限的措施

在研究分布式光伏電源的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，整個(gè)系統(tǒng)既可以發(fā)出有功功率，又可以發(fā)出無(wú)功功率。而SVC可以對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以可以利用SVC的調(diào)節(jié)作用對(duì)分布式光伏電源的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可以對(duì)分布式光伏電源的其他5個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效將分布式光伏電源的電壓波動(dòng)控制在合理范圍之內(nèi)，保證電源電壓的合理和有效。

分布式光伏電源在退出運(yùn)行的過(guò)程中，為了防止PV系統(tǒng)因失去支撐而造成電壓的浮動(dòng)較大，需要在接點(diǎn)處設(shè)置SVC支撐線路電壓。舉一個(gè)例子，當(dāng)負(fù)荷為5 kW的分布式光伏電源退出運(yùn)行時(shí)，要能夠在合適的位置設(shè)置接入SVC進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，避免因光伏電源退出造成電壓下降，從而給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)惡劣的影響。所以要對(duì)分布式光伏電源進(jìn)行研究和分析，就要采用整體協(xié)同功能對(duì)分布式光伏電源進(jìn)行管理，保證電網(wǎng)的電源處于合理范圍內(nèi)，從而有效解決因電源的輻照度變化和電源降低導(dǎo)致的電路運(yùn)行波動(dòng)及電壓異常等問(wèn)題。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，首先要明確分布式光伏電源對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響，深入了解分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的組成及控制原理，然后在建立分布式光伏電源并網(wǎng)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)光照引起的光伏出力變化情況對(duì)電壓影響的情況進(jìn)行細(xì)致分析，進(jìn)一步分析是否需要采取SVC等無(wú)功補(bǔ)償措施加以應(yīng)對(duì)，以此提高分布式光伏電源接入的配電網(wǎng)電壓管理工作的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕