分布式光伏接入容量、位置和方式對多臺區(qū)網(wǎng)絡(luò)的影響研究

楊 瀟 ,程 倫 ,孟 良 ,李曉軍 ,李均強(qiáng)

(1.國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院,河北 石家莊 050021;2.國網(wǎng)河北省電力有限公司,河北 石家莊 050021)

0 引言

分布式光伏(Distributed Photovoltaic,DP)一般是指個人或家庭利用屋頂空間,采用光伏設(shè)備將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電系統(tǒng),具有不額外占用土地,投資少等優(yōu)點(diǎn),是現(xiàn)代扶貧的重要手段之一[1-6]。截至2019年12月,河北南網(wǎng)分布式光伏裝機(jī)36.75 MW,同比增長37.2%,仍處于快速增長階段。其裝機(jī)容量已超過風(fēng)電,接近集中式光伏并網(wǎng)容量(風(fēng)電并網(wǎng)容量29.48 MW,集中式光伏并網(wǎng)容量41.28 MW)。

但是DP的大量接入改變了配電網(wǎng)潮流單一流向的局面,很大程度影響了線路潮流和電壓大小,部分線路甚至出現(xiàn)電流過載、電壓越限,成為影響配電網(wǎng)損耗的重要因素之一。因此為降低DP接入后網(wǎng)絡(luò)損耗,需要分析DP 接入容量、接入位置和接入方式對電壓、損耗的影響。

1 多臺區(qū)分布式光伏網(wǎng)損計(jì)算

以輻射式配電網(wǎng)為例,設(shè)其具備N個電氣節(jié)點(diǎn),對第k臺區(qū)網(wǎng)絡(luò)損耗進(jìn)行分析計(jì)算,如圖1所示[7]。

圖1 分布式電源接入線路k 段i節(jié)點(diǎn)處示意

DP接入配電網(wǎng)之前,第k臺區(qū)線路的網(wǎng)絡(luò)損耗為

式中:P ki和Q ki分別為第k臺區(qū)節(jié)點(diǎn)i處負(fù)荷的有功和無功;R k為第k臺區(qū)電阻值;U i為節(jié)點(diǎn)i的母線電壓。

DP接入配電網(wǎng)之后,第k臺區(qū)線路的i節(jié)點(diǎn)注入功率為

式中:P ki_dpv和Q ki_d pv分別為第k臺區(qū)節(jié)點(diǎn)i處的DP有功功率和無功功率;因此,DP 接入后配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)總損耗分別為P′loss,計(jì)算式如下

2 多臺區(qū)分布式光伏網(wǎng)損仿真分析

以SC村分布式光伏為例,其臺區(qū)分布結(jié)構(gòu)如圖2所示,計(jì)算條件為電壓偏差7%,線路額定電壓10.5 kV、100 MVA 短路容量,變壓器400 kVA容量、短路阻抗4.05%、變比10.5/0.4。

圖2 臺區(qū)分布示意

2.1 DP接入容量不同對網(wǎng)絡(luò)損耗的影響

DP并網(wǎng)位置選取饋線2上首端臺區(qū)節(jié)點(diǎn)10、中端臺區(qū)節(jié)點(diǎn)6和末端臺區(qū)節(jié)點(diǎn)9,對比接入容量不同對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗的影響,光伏電源接入容量按照公式(6)變化:

式中:P load1為饋線1負(fù)荷;P load2為饋線2負(fù)荷;首項(xiàng)a1=0,公差d=0.1,n∈[1,10],仿真結(jié)果如圖3。

圖3 不同并網(wǎng)位置情形下接入容量變化時的網(wǎng)損率

由圖3可見,無論光伏電源的并網(wǎng)位置在哪個臺區(qū)節(jié)點(diǎn),隨P dpv增加,網(wǎng)損率先減小后增大,即斜率一直增加的U 型拋物線。從臺區(qū)9并網(wǎng)曲線可以看出,當(dāng)Pdpv達(dá)到某一限值時,網(wǎng)損率會超過無光伏接入時的網(wǎng)損率。此外,隨著光伏并網(wǎng)位置靠近饋線末端,使網(wǎng)損率達(dá)到最小的P dpv逐漸減小,而網(wǎng)損率的極值點(diǎn)先減小后增大。因此在針對某一地區(qū)DP 整體接入單一臺區(qū)時,需要依據(jù)其在饋線或整體配電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)位置,合理選擇DP接入容量。

2.2 DP并網(wǎng)位置不同對網(wǎng)絡(luò)損耗的影響

分別選取P dpv達(dá)到饋線1 和2 負(fù)荷總和的10%、30%、50%和70%,DP 并網(wǎng)點(diǎn)分別選取臺區(qū)3到9,仿真對比不同P dpv下并網(wǎng)臺區(qū)對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗的影響,仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同接入容量情形下并網(wǎng)位置變化時的網(wǎng)絡(luò)損耗

當(dāng)P dpv較小時,當(dāng)并網(wǎng)臺區(qū)越靠近末端,則網(wǎng)損率越小。主要原因是DP對饋線末端有電壓抬升作用的同時降低了饋線電流。但當(dāng)P dpv較大時,隨并網(wǎng)臺區(qū)逐步趨向饋線末端時,網(wǎng)損率呈斜率一直增加的U 型拋物線。并且P dpv越大,使網(wǎng)損率達(dá)到最小的光伏并網(wǎng)點(diǎn)越靠近饋線首端。因此當(dāng)DP只有一個并網(wǎng)臺區(qū)時,若P dpv較小,并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量接入線路末端節(jié)點(diǎn);若P dpv較大,并網(wǎng)點(diǎn)應(yīng)盡量在線路首端到中端之間,在降低損耗同時避免分布式光伏電壓抬升作用對主網(wǎng)的影響。

2.3 DP接入方式不同對網(wǎng)絡(luò)損耗的影響

在DP總有功出力相同的條件下,分析DP分散接入不同臺區(qū)(臺區(qū)節(jié)點(diǎn)10、6、9,出力平均分配)和集中接入單一臺區(qū)時網(wǎng)損情況。設(shè)定P dpv按照公式(6)變化,仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5 光伏分散接入饋線與集中接入饋線時的網(wǎng)絡(luò)損耗

由圖5可知,當(dāng)P dpv較小時,無論何種接入方式均能達(dá)到降低損耗的效果,并且分散接入和中端臺區(qū)節(jié)點(diǎn)集中并網(wǎng)的效果較優(yōu)。當(dāng)P dpv越大,光伏分散接入多個臺區(qū)時的降損效果越優(yōu),而末端臺區(qū)節(jié)點(diǎn)集中并網(wǎng)的降損效果越差。因此對有多個分布式光伏并網(wǎng)臺區(qū)時應(yīng)選擇P dpv平均接入各并網(wǎng)點(diǎn)。但分散接入時需要考慮電壓協(xié)調(diào)控制,防止出現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)間或饋線間無功流動。

2.4 仿真結(jié)果分析總結(jié)

通過分析DP 接入容量、位置和方式三項(xiàng)因素對網(wǎng)損和電壓的影響,得出隨P dpv接入容量增加網(wǎng)絡(luò)損耗先減小后增大、容量較大且只有單一并網(wǎng)點(diǎn)時應(yīng)盡量在線路中端并網(wǎng)、有多個并網(wǎng)點(diǎn)時應(yīng)選擇平均分散接入等結(jié)論。DP 按照上述結(jié)論并網(wǎng)會取得較優(yōu)的網(wǎng)損和電壓效果。

3 結(jié)束語

針對安裝DP的網(wǎng)絡(luò)可采取以下降損措施:

a.為了減少損耗,光伏出力應(yīng)盡可能在臺區(qū)內(nèi)消納,可使用市場手段鼓勵用戶安裝冷、熱、電聯(lián)產(chǎn)裝置,在分布式發(fā)電出力超過本地負(fù)荷時進(jìn)行制冷、制熱,既滿足用戶生活需求,又達(dá)到減少網(wǎng)損的目的。

b.對于當(dāng)光伏接入容量較小時,DP應(yīng)盡量接入線路末端節(jié)點(diǎn)。

c.對于企業(yè)級DP 安裝(光伏接入容量較大時),應(yīng)盡可能分散安裝在饋線首端-中端各臺區(qū)之間,同時要求加裝電壓協(xié)調(diào)控制子站,方便后期納入配網(wǎng)電壓集中控制。