分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)交互影響探究

作者/崔倩、張欽振，國(guó)網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司

我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高推動(dòng)著電力建設(shè)取得巨大成就。電力技術(shù)的發(fā)展將光伏發(fā)電系統(tǒng)逐漸廣泛應(yīng)用于逆變電等電力裝備，在此應(yīng)用中產(chǎn)生的大量諧波會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)本身造成較大干擾[1]。主要的干擾影響為分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)不同電容量與接入位置對(duì)配電網(wǎng)諧波電流和電壓的影響。本文利用仿真技術(shù)分布式光伏配電網(wǎng)諧波機(jī)理分析、分布式光伏的配電網(wǎng)電壓波動(dòng)、仿真分析三部分對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)交互影響進(jìn)行探究。

1.分布式光伏配電網(wǎng)諧波機(jī)理分析

將分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用到配電網(wǎng)中，在接入位置和接入方法上對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生影響。分析該影響需要通過建立與分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)配電網(wǎng)等效的仿真電路，從中分析配電網(wǎng)諧波的分布特點(diǎn)、傳輸特點(diǎn)和機(jī)理。理論上，配電網(wǎng)與多個(gè)分布式光伏連接后，獨(dú)立的光伏控制會(huì)產(chǎn)生差異的諧波。多種諧波疊加后，其電流運(yùn)作機(jī)理與常規(guī)電流的運(yùn)作機(jī)理相似，疊加諧波源電流的矢量之和為疊加諧波電流。在應(yīng)用同型號(hào)光伏逆變器且進(jìn)行逆變器同步控制時(shí)，多接入點(diǎn)分布式光伏并網(wǎng)給電網(wǎng)諧波造成的影響會(huì)更大。光伏電源的效用可與具有無窮大電阻的諧波電流源相同，因此，光伏多點(diǎn)或多點(diǎn)接入方式、光伏并網(wǎng)點(diǎn)的選擇、各母線短路容量、配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等，均會(huì)影響分布式光伏配電網(wǎng)諧波的傳輸特性和放大特性[2]。此外，配電網(wǎng)背景諧波可能會(huì)對(duì)光伏并網(wǎng)點(diǎn)諧波產(chǎn)生加劇影響。基于分布式光伏配電網(wǎng)諧波機(jī)理分析，在諧波仿真時(shí)將對(duì)影響點(diǎn)和影響大小進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)分析，以證實(shí)理論分析的正確性與準(zhǔn)確性。配電網(wǎng)等效電路如圖 1 所示。

圖1 配電網(wǎng)等效電路圖

圖2 低壓配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.分布式光伏的配電網(wǎng)電壓波動(dòng)

分布式光伏造成的配電網(wǎng)電壓波動(dòng)機(jī)理需要對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)短路容量、光伏功率波動(dòng)大小和阻抗比R/X、光伏功率因素等進(jìn)行綜合考慮，光伏功率波動(dòng)量和網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)的關(guān)系極為密切。根據(jù)分布式光伏功率波動(dòng)引起配電網(wǎng)的電壓波動(dòng)用公式可知，光伏功率波動(dòng)量隨著并網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)的增大而增大。一般情況下，并網(wǎng)點(diǎn)與電源距離較短且光伏輸出功率因數(shù)為1時(shí)，電壓波動(dòng)縱軸分量可能會(huì)減少，因此，等效阻抗比 R/X 與電壓波動(dòng)大小成正比，電壓波動(dòng)隨著等效阻抗比的減小而減小，等效阻抗角與電壓波動(dòng)大小成反比。電壓在波動(dòng)時(shí)引起的非電磁現(xiàn)象稱為電壓閃變，是一種因燈光照度不穩(wěn)定導(dǎo)致的視感反應(yīng)?？蛇x擇IEC61000–4–15標(biāo)準(zhǔn)制造的IEC閃變儀進(jìn)行電壓閃變測(cè)量[3]。

3.仿真分析

3.1 仿真模型構(gòu)建

進(jìn)行配電網(wǎng)特性的研究需進(jìn)行低壓配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的仿真模型構(gòu)建，圖2為本文構(gòu)建的低壓配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖中采用架空線路，采用銅導(dǎo)線作為不同負(fù)荷支路，根據(jù)負(fù)荷容量選擇不同型號(hào)的銅導(dǎo)線。圖中的支干結(jié)點(diǎn)眾多且節(jié)點(diǎn)間距相同。

3.2 理想電網(wǎng)條件的諧波仿真

本文采用DIgSILENT/PowerFactory 仿真軟件進(jìn)行光

圖3 L3點(diǎn)接入時(shí)各節(jié)點(diǎn)的諧波電流

圖4 非理想電網(wǎng)條件的諧波仿真結(jié)構(gòu)圖

在 L1點(diǎn)接入時(shí)，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，諧波電壓幅值最?。辉?L5 點(diǎn)接入時(shí)，諧波電壓幅值較大。說明光伏接入配電網(wǎng)的位置不同時(shí)，接入點(diǎn)的諧波電流近似相等，接入點(diǎn)的諧波電壓差異較大，諧波電壓隨著等效阻抗增大而增大。在L3、L4 和、L5 節(jié)點(diǎn)單獨(dú)接入和同時(shí)接入兩種情況的諧波電流結(jié)果顯示，單獨(dú)接入的諧波電流的矢量和多點(diǎn)接入的各節(jié)點(diǎn)諧波電流基本一致。

3.3 非理想電網(wǎng)條件的諧波仿真

采用DIgSILENT/PowerFactory 仿真軟件進(jìn)行非理想電網(wǎng)條件的諧波仿真模型構(gòu)建。包含交流電壓源的自定義控制模塊、背景諧波設(shè)置、光伏發(fā)電系統(tǒng)解耦控制模型，電網(wǎng)電壓含次數(shù)不同、含量為 4%的諧波電壓。非理想電網(wǎng)條件的諧波仿真結(jié)構(gòu)如圖4所示，分布式光伏系統(tǒng)輸出低次諧波電流隨著電網(wǎng)出現(xiàn)低次諧波增大，電網(wǎng)背景諧波次數(shù)越多，光伏輸出增大的諧波次數(shù)越多。零序諧波為中心，負(fù)序諧波與正序諧波存在相互影響。非理想電網(wǎng)條件的諧波對(duì)光伏逆變器控制性具有更嚴(yán)格的要求。普通情況下的電網(wǎng)條件

3.4 電壓波動(dòng)和閃變仿真

處于非理想狀態(tài)，因此，要提高光伏逆變器控制性能，以減少電網(wǎng)背景諧波對(duì)分布式光伏輸出諧波電流產(chǎn)生的影響。

采用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)電壓波動(dòng)及閃變的影響進(jìn)行仿真分析，在L5節(jié)點(diǎn)接入50kW光伏，L2節(jié)點(diǎn)接入75 kW光伏，以0.1p.u.的方波信號(hào)模擬光伏周期性有功擾動(dòng)，仿真步長(zhǎng)為0.1μs。仿真結(jié)果如圖5所示，在電壓波動(dòng)程度上，L2節(jié)點(diǎn)波動(dòng)最大，L5節(jié)點(diǎn)波動(dòng)相對(duì)較大，N0節(jié)點(diǎn)波動(dòng)最小，說明距離光伏并網(wǎng)點(diǎn)越近，電壓波動(dòng)越大，光伏并網(wǎng)點(diǎn)的電壓波動(dòng)相對(duì)較大。伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流、諧波電壓進(jìn)行電磁暫態(tài)、穩(wěn)態(tài)的仿真。在L3點(diǎn)接入時(shí)，理想電網(wǎng)條件中，仿真結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷容量為85KW，約為總負(fù)荷的三分之二。相關(guān)數(shù)據(jù)如圖3所示，N5～L5 節(jié)點(diǎn)的諧波電流趨于零，N4節(jié)點(diǎn)后的線路等效阻抗明顯比電網(wǎng)側(cè)等效阻抗大；絕大部分諧波電流通過配電網(wǎng)主干線流入公共電網(wǎng)。

圖5 各測(cè)量母線的電壓波動(dòng)曲線

4.結(jié)論

分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)交互影響仿真探究結(jié)果顯示，理想電網(wǎng)條件的諧波仿真結(jié)果中。含分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)中，單獨(dú)接入的諧波電流的矢量和多點(diǎn)接入的各節(jié)點(diǎn)諧波電流基本一致。光伏接入配電網(wǎng)的位置不同時(shí)，接入點(diǎn)的諧波電流近似相等，接入點(diǎn)的諧波電壓差異較大，諧波電壓隨著等效阻抗增大而增大。絕大部分諧波電流通過配電網(wǎng)主干線流入公共電網(wǎng)。非理想電網(wǎng)條件的諧波仿真中，電網(wǎng)背景諧波次數(shù)越多，光伏輸出增大的諧波次數(shù)越多。零序諧波為中心，負(fù)序諧波與正序諧波存在相互影響。非理想電網(wǎng)條件的諧波對(duì)光伏逆變器控制性具有更嚴(yán)格的要求。

* [1]崔紅芬,汪春,葉季蕾，等.多接入點(diǎn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)與配電網(wǎng)交互影響研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2015(10)∶91—97.

* [2]鄧賢添.基于分布式光伏系統(tǒng)接入對(duì)配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)損耗影響探究 [J].通訊世界 ,2015(20)∶195—196.

* [3]曹哲，劉波，袁智強(qiáng).高密度分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)準(zhǔn)入容量研究[J].電網(wǎng)與清潔能源,2014(11)∶118—122.