光伏接入對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響及最大接入容量分析

李敏 武建玲 耿瑞芳 郭聰莉

摘 要：隨著低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國光伏發(fā)電迎來了快速發(fā)展階段。國家充分重視光伏技術(shù)應(yīng)用，出臺(tái)的一系列法規(guī)、政策極大地推動(dòng)了光伏發(fā)電的發(fā)展。在社會(huì)的發(fā)展進(jìn)程中，化石能源日漸成為人類利用的主要能源形式，伴隨著人類與日俱增的能源需求的卻是化石能源儲(chǔ)量的迅速枯竭，大規(guī)模大范圍的化石燃料使用已經(jīng)給人類賴以生存的環(huán)境帶來了不可估量的損害。在電力技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，光伏接入配電網(wǎng)變得越來越加成熟，具備節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，其應(yīng)用會(huì)逐漸增多。在光伏接入配電網(wǎng)中，會(huì)對配電網(wǎng)電能質(zhì)量產(chǎn)生影響，關(guān)系著配電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與安全性，所以，深入了解這種影響，做好最大容量的設(shè)計(jì)，提升光伏接入配電網(wǎng)水平，是促進(jìn)配電網(wǎng)供電能力提升的有效途徑。

關(guān)鍵詞：光伏接入；配電網(wǎng)電能質(zhì)量；影響；最大接入容量

1 前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，近年來用電負(fù)荷正急劇增長。但是，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)大容量電力系統(tǒng)也相繼暴露出其無法忽視的一些弊端：大面積停電事故屢發(fā)不止，偏遠(yuǎn)地區(qū)輸電費(fèi)用過高，無法靈活跟蹤負(fù)荷變化等。光伏發(fā)電作為一種新的發(fā)電形式，由于其使用的是太陽能，資源充分、無污染，而且不會(huì)受地域限制，是具有極大應(yīng)用意義的。但是，光伏發(fā)電具有隨機(jī)性、間接性等特點(diǎn)，會(huì)影響到配電網(wǎng)電能質(zhì)量，降低配電網(wǎng)供電可靠性，對此，加強(qiáng)對光伏接入配電網(wǎng)后電能質(zhì)量受到影響的分析，確定合理的最大接入容量，是光伏發(fā)電實(shí)際應(yīng)用需要做好的工作。同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)就地能源的開發(fā)與利用，減少遠(yuǎn)距離輸電的損耗，一種高效、環(huán)保、靈活的新型發(fā)電技術(shù)成為智能電網(wǎng)中一項(xiàng)重要的組成部分，也引起了世界各國范圍內(nèi)科學(xué)研究工作者的關(guān)注和重視，并且成為電力系統(tǒng)新的研究熱點(diǎn)。

2 電能質(zhì)量評估指標(biāo)

2.1 電壓偏差

電壓偏差是反映電力系統(tǒng)是否正常運(yùn)行的做指標(biāo)，在分布式光伏接入后，會(huì)抬升配電網(wǎng)電壓，且這種抬升作用會(huì)隨接入容量的增大而變大，在抬升到一定程度時(shí)，就會(huì)造成電壓越限。

2.2 電壓波動(dòng)

電壓波動(dòng)指的是電壓均方根值出現(xiàn)的連續(xù)改變或者快速變動(dòng)情況，在光伏發(fā)電中，由于其使用的是太陽能，天氣變化會(huì)對發(fā)電產(chǎn)生較大程度的影響，在沒有陽光照射情況時(shí)，光伏出力會(huì)發(fā)生迅速降低的現(xiàn)象，容易導(dǎo)致被接入配電網(wǎng)發(fā)生電壓波動(dòng)。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在變動(dòng)頻率≤1次時(shí)，高壓側(cè)、低壓側(cè)電壓波動(dòng)限值分別為3%、4%[1]。

2.3 三相不平衡

在本研究中，選取三相不平衡中負(fù)序電壓不平衡度作為指標(biāo)，分析光伏接入對其產(chǎn)生的影響。

2.4 諧波

光伏接入到配電網(wǎng)是通過整流器、逆變器實(shí)現(xiàn)的，會(huì)產(chǎn)生諧波電流，給電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定產(chǎn)生一定程度影響。諧波含量指標(biāo)有各次諧波電壓/電流含有率、電壓總諧波畸變率等。

3 配電網(wǎng)與光伏發(fā)電簡化模型

3.1 配電網(wǎng)簡化模型

在本研究中，取實(shí)際配電網(wǎng)中一段10kV饋線構(gòu)成的小規(guī)模配電網(wǎng)作為光伏接入配電網(wǎng)模型，分析電能質(zhì)量受到的影響，在饋線接線方式上，有單側(cè)電源多分段、多聯(lián)絡(luò)與雙側(cè)電源多分段、單聯(lián)絡(luò)兩種，其供電是經(jīng)220/10.5kV變壓器實(shí)現(xiàn)的，變壓器容量是50MW，為簡化研究，系統(tǒng)負(fù)荷定為恒功率負(fù)荷。

3.2 光伏發(fā)電簡化模型

在本研究中，其運(yùn)行機(jī)制為：光伏陣列將太陽能轉(zhuǎn)化為直流電，然后經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換作用后，成為50Hz交流電，再經(jīng)過濾波器濾波、升壓變壓器升壓處理，連接到電網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

4 光伏接入對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響分析

通過仿真計(jì)算，選取饋線手段、中端與末端分別作為光伏接入點(diǎn)和觀測點(diǎn)，其對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響如下：

4.1 對電壓偏差產(chǎn)生的影響

光伏接入配電網(wǎng)不同位置時(shí)配電網(wǎng)線路電壓分布相較于未接入光伏發(fā)電時(shí)，光伏接入會(huì)造成不同程度的電壓抬升，其中，首端接入的影響是最小的，末端接入則具有顯著抬升作用。

4.2 對電壓波動(dòng)產(chǎn)生的影響

光伏發(fā)電的一大特點(diǎn)就是受自然環(huán)境條件影響較大，在陰天或雨天時(shí)，短時(shí)間內(nèi)出力波動(dòng)量可能超出裝機(jī)容量的50%，以3s內(nèi)光伏出力降低30%為例，其對電壓波動(dòng)影響，末端節(jié)點(diǎn)電壓波動(dòng)最大，電壓變化幅度約為2.2%。

4.3 對電壓三相不平衡產(chǎn)生的影響

光伏接入對配電網(wǎng)電壓三相不平衡的影響，在光伏接入容量增大后，負(fù)序電壓不平衡會(huì)出現(xiàn)線性增加，但并沒有達(dá)到限值，所以，整體來說，光伏接入不會(huì)對電壓三相不平衡度產(chǎn)生較大影響[3]。

4.4 對諧波產(chǎn)生的影響

在分布式光伏接入配電網(wǎng)后，配電網(wǎng)諧波電流含量是較低的，末端節(jié)點(diǎn)電壓總諧波畸變率，電壓總諧波畸變率與光伏接入容量是成正比的，最大畸變率能達(dá)到2.2%，是符合相關(guān)規(guī)定要求的。

5 光伏接入配電網(wǎng)的最大接入容量分析

5.1 最大接入容量的確定

從上述可知，在10kV配電網(wǎng)中接入分布式光伏后，是會(huì)對電能質(zhì)量產(chǎn)生一定影響，其中，影響最大的就是電壓。所以，在計(jì)算光伏接入配電網(wǎng)的最大接入容量時(shí)，應(yīng)當(dāng)以以電壓偏差限值作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，最大容量不能超出電壓偏差的要求，也就是選擇電壓偏差在7%時(shí)，從3個(gè)觀測點(diǎn)中取光伏接入容量最小的，就是該10kV配電網(wǎng)線路最大接入光伏容量。據(jù)此， 10kV配電網(wǎng)幾種接線方式光伏接入最大容量，在實(shí)際光伏接入過程中，為確保配電網(wǎng)運(yùn)行的安全，需要設(shè)置一定裕量[4]。

5.2 最大接入容量提升的措施

在光伏接入配電網(wǎng)最大容量提升中，可以采取的措施有：一是對母線變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)整，可以起到降低電壓的作用，抵消光伏接入導(dǎo)致的電壓升高。以3分接頭變壓器為例，比較其不同母線電壓是配電網(wǎng)的光伏接入容量，在0.95[Un]、[Un]、1.05[Un]時(shí)，最大接入容量分別為13.95、11.56、8.97，由此可知，對母線變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，是可以起到提升最大接入容量效果的[5]。

二是裝設(shè)儲(chǔ)能裝置。儲(chǔ)能技術(shù)可以對電能質(zhì)量改善、電力調(diào)峰與電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定發(fā)揮良好作用，對于光伏接入，儲(chǔ)能技術(shù)可以起到改善光伏發(fā)電特性、提升其滲漏率的效果，根據(jù)光伏出力、線路負(fù)荷情況，確定是儲(chǔ)存還是釋放，將線路電壓控制在安全范圍之內(nèi)。

綜上所述，光伏接入對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響是多方面的，電壓偏差、電壓波動(dòng)、三相不平衡以及諧波等指標(biāo)都會(huì)受到影響，其中，電壓偏差是最為主要的，對光伏接入起到制約作用。在光伏接入配電網(wǎng)最大容量計(jì)算時(shí)，需要從電壓偏差角度出發(fā)，特別是線路末端電壓，確定合理容量值，避免電壓超限，并留有適量裕度，在10kV配電網(wǎng)中，光伏接入最大容量應(yīng)控制在負(fù)荷30%-35%范圍內(nèi)。

6 結(jié)語

分布式發(fā)電是一種清潔、高效的發(fā)電方式，在電力系統(tǒng)中的使用擁有非常好的發(fā)展前景。但是大量分布式電源在配電網(wǎng)中的接入必然會(huì)對配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的影響，為了使這一影響降到最低，對分布式發(fā)現(xiàn)的進(jìn)一步研究以及推廣應(yīng)用具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 任國用，江桂香，王方芳.試論分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)電能質(zhì)量分析[J].科技風(fēng)，2016（1）：1.

[2] 金卓勍，向鐵元，陳紅坤，陳若男，陶圓.考慮電能質(zhì)量問題的分布式光伏發(fā)電接入規(guī)劃方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2017（9）：1～8.

[3] 潘明九，王穎.光伏接入對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響及對策研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（5）：95～97.

[4] 秦鵬，崔國柱等.光伏接入對配電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響及最大接入容量分析[J].電網(wǎng)與清潔能源，2016（11）：145～150.

[5] 李濱，潘國超，陳碧云，李佩杰.滿足電能質(zhì)量限值的分布式光伏極限峰值容量計(jì)算[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2016（14）：43～50.