黃 婧,謝 梟,王若昕,沈丹青,何麗娜,陳汝科,楊凱帆
(1.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司沙洋縣供電公司,湖北沙洋 448200;2.國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司鐘祥市供電公司,湖北鐘祥 431900)
為順應(yīng)可持續(xù)發(fā)展及增強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展理念,可再生能源逐漸登上了世界舞臺(tái),越來越多的分布式電源接入了電力系統(tǒng)。但由于分布式電源發(fā)電具有隨機(jī)性,當(dāng)其接入電力系統(tǒng)時(shí),可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的可靠性產(chǎn)生影響。
在分布式電源并網(wǎng)方面,國(guó)內(nèi)外已有較為成熟的研究。文獻(xiàn)[1,2]建立了各類分布式電源的模型;文獻(xiàn)[3]提出用蟻群算法對(duì)分布式電源并網(wǎng)進(jìn)行研究;文獻(xiàn)[4]以某配電網(wǎng)為例,計(jì)算了光伏電源并網(wǎng)后對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的電壓波動(dòng)。
以上述研究為基礎(chǔ),首先闡述了分布式電源的原理,然后分別仿真計(jì)算容量對(duì)電纜網(wǎng)及架空網(wǎng)的影響。
單個(gè)光伏電池可視為PN節(jié)點(diǎn),當(dāng)它被太陽(yáng)光激發(fā)時(shí),會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電子-空穴對(duì)[5,6]。
分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電能一般不能直接供人們使用,需要通過多個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和改進(jìn)[7]。
風(fēng)力發(fā)電的原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能,進(jìn)而再將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔躘8]。
燃料電池發(fā)電的原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能[9],其具有以下優(yōu)點(diǎn):①部分負(fù)荷時(shí)也能保持高效率;②通過與燃料供給裝置的組合,可適用寬范圍的燃料;③由于輸出功率由堆的輸出功率決定,機(jī)組容量具有自由度;④電池本體的負(fù)荷響應(yīng)性好;⑤NOX及SOX等的排出量少,有利環(huán)保。
燃?xì)廨啓C(jī)的工作原理如圖1所示[10]。
圖1 燃?xì)廨啓C(jī)原理
可靠性計(jì)算的流程如圖2所示。
圖2 可靠性計(jì)算流程圖
在進(jìn)行可靠性計(jì)算時(shí),需要設(shè)置分布式電源的接入位置。對(duì)電網(wǎng)模型的饋線部分進(jìn)行合理分段,如圖3、4所示。
圖3 電纜網(wǎng)分段
圖4 架空網(wǎng)分段
根據(jù)上述分段圖及線路各段的運(yùn)行特性,分別選取接入位置為電纜網(wǎng)的末端BUS4與BUS6,架空網(wǎng)的末端BUS2、BUS6與BUS9。
電纜網(wǎng)的接入位置選擇BUS4與BUS6,則仿真結(jié)果如圖5所示。
圖5 容量對(duì)電纜網(wǎng)可靠性的影響
由圖5可以看出,隨著分布式電源綜合功率占后端線路負(fù)荷的比例增加,電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性持續(xù)提高,總體趨勢(shì)是積極的。與總線4相比,并入電網(wǎng)分支總線6的分布式電源具有更強(qiáng)的可靠性。造成這種現(xiàn)象的原因是,此時(shí)分布式電源是接入系統(tǒng)的末端,當(dāng)發(fā)生故障時(shí),可以切除回路變?yōu)楣聧u,因此可以提高系統(tǒng)的可靠性。
接下來進(jìn)行容量對(duì)架空網(wǎng)影響的仿真計(jì)算,接入位置選取架空網(wǎng)的末端BUS2、BUS6與BUS9,仿真計(jì)算結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出,類似于電纜網(wǎng)絡(luò)接入,架空電網(wǎng)的可靠性隨占到后續(xù)線路負(fù)荷百分比的增加而增加,分布式電源容量的并入增長(zhǎng),總體趨勢(shì)是積極的。其中,當(dāng)接入BUS2位置時(shí),可靠性的提高更明顯。與接入電纜網(wǎng)相同,接入末端位置時(shí),當(dāng)發(fā)生故障時(shí),可以切除回路變?yōu)楣聧u,因此可以提高系統(tǒng)的可靠性。
圖6 容量對(duì)架空網(wǎng)可靠性的影響
觀察圖6還可知道,當(dāng)接入容量占線路最大負(fù)荷倍數(shù)為0.47時(shí),3個(gè)接入位置的可靠性都得到了明顯的提升,因此分布式電源的接入容量占線路最大負(fù)荷倍數(shù)應(yīng)選擇在0~0.47之間,此時(shí)可靠性提升效果最為明顯。
對(duì)電纜網(wǎng)可靠性的影響進(jìn)行仿真,接入位置依舊選取在BUS6,仿真計(jì)算結(jié)果如圖7所示。通過圖7可知,隨著風(fēng)機(jī)與光伏系統(tǒng)并入容量的不斷增加,系統(tǒng)的可靠性呈明顯的正相關(guān)趨勢(shì),如當(dāng)儲(chǔ)能電池組達(dá)到10組時(shí),風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的可靠性提高至99.956 5%,光伏系統(tǒng)的可靠性提高至99.955 3%,其他組數(shù)可靠性的變化規(guī)律也一致。由此可知,儲(chǔ)能電池可以一定程度地提升電纜網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性。
圖7 儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)電纜網(wǎng)可靠性的影響
對(duì)架空網(wǎng)可靠性的影響仿真,接入位置選取BUS9,仿真計(jì)算結(jié)果如圖8所示。通過圖8可知,隨著風(fēng)機(jī)與光伏發(fā)電系統(tǒng)接入容量的增加,系統(tǒng)的可靠性也隨之增大。當(dāng)儲(chǔ)能電池組為10組時(shí),風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的可靠性提升至99.9153%,光伏系統(tǒng)的可靠性提升至99.9144%。由此可得,儲(chǔ)能電池組可以適當(dāng)提升架空網(wǎng)的可靠性。
圖8 儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)架空網(wǎng)可靠性的影響
針對(duì)分布式電源對(duì)配電網(wǎng)可靠性的影響,首先闡述了各分布式電源的原理及特點(diǎn),然后分別對(duì)接入容量、位置及儲(chǔ)能配合3個(gè)因素對(duì)可靠性的影響進(jìn)行仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,分布式電源的接入位置越靠近電網(wǎng)末端,可靠性的提升幅度越大,并且配合儲(chǔ)能設(shè)備也會(huì)提升系統(tǒng)的可靠性。