分布式光伏接入配網(wǎng)對(duì)電壓的影響及措施

張春祥，張艷

（1.國(guó)家電網(wǎng)山東省電力公司冠縣供電公司，山東聊城，252000；2.國(guó)家能源聊城發(fā)電有限公司，山東聊城，252000）

0 引言

當(dāng)前由于化石能源的過(guò)分采集導(dǎo)致其已經(jīng)面臨瀕臨枯竭的情境，發(fā)展新型能源來(lái)替代傳統(tǒng)能源已經(jīng)迫在眉睫。光伏發(fā)電由于其來(lái)源的可持續(xù)和分布的廣泛性而成為日益重要的一種能源獲取方式[1-6]。山東省某地區(qū)是國(guó)家規(guī)定的新能源發(fā)電的試行地區(qū)，在太陽(yáng)能發(fā)電和生物質(zhì)能發(fā)電等新能源發(fā)電方式上都取得了突破。太陽(yáng)能發(fā)電又是其中的重點(diǎn)項(xiàng)目，因此深入研究分布式太陽(yáng)能發(fā)電對(duì)電網(wǎng)的影響，為以后進(jìn)行大規(guī)模鋪設(shè)提供實(shí)驗(yàn)參考數(shù)據(jù)具有重要意義[7-9]。

本文首先研究了分布式光伏接入配電網(wǎng)后對(duì)整個(gè)用電電網(wǎng)電壓的影響，并根據(jù)實(shí)際情況提出了解決電壓超限的措施建議，使電壓保持在可偏差范圍內(nèi)。本文研究成果對(duì)新能源發(fā)電方式的有效開發(fā)利用，推動(dòng)新能源發(fā)電項(xiàng)目開展，保護(hù)人民財(cái)產(chǎn)安全具有重要借鑒意義。

1 光伏發(fā)電接入時(shí)電壓的計(jì)算方法

圖1 為多個(gè)分布式屋頂光伏發(fā)電接入的低壓線路負(fù)荷分布。由圖可知，在線路中絕大多數(shù)的使用者都部署含有屋頂?shù)墓夥€。

圖1 多光伏發(fā)電接入線路負(fù)荷分布

將全部光伏發(fā)電接入線路中，與此同時(shí)，我們不考慮無(wú)功功率的影響，此時(shí)對(duì)應(yīng)的第m為使用者位置上的電壓值是：

需要額外注意的是，若能夠推出U m?Um?1<0，即線路上第m位使用者及其后方位置上的全部功率之和大于線路上總的功率之和，電壓降低；若，能夠推出即線路上第m位使用者及其后方位置上的全部功率之和小于線路上總的功率之和，電壓升高。線路上的最高電壓視具體項(xiàng)目而定，其數(shù)值應(yīng)該小于電壓偏差規(guī)定的最高點(diǎn)電壓Umax。

2 光伏發(fā)電引起東阿縣配電網(wǎng)電壓的變化情況

■2.1 測(cè)試線路的組成結(jié)構(gòu)

為了能夠客觀地研究區(qū)域內(nèi)不同供電所內(nèi)光伏發(fā)電申請(qǐng)數(shù)量差別較大，為了研究光伏發(fā)電接入后，0.4kV配網(wǎng)電壓的變化規(guī)律，按照單一變量的原則，初步選擇了一個(gè)地理位置跨度較大、申請(qǐng)數(shù)量差別較大的供電所。根據(jù)圖2我們可以得到其采用的具體接入以及并網(wǎng)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)。

圖2 分布式電源接入10KV配電網(wǎng)

選定了處于該地區(qū)西部用電較為集中且數(shù)值為10kV的商業(yè)區(qū)域。該區(qū)域包含的線路總長(zhǎng)為9km，線路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-300mm2，線路電壓等級(jí)10kV，該系統(tǒng)總有功負(fù)荷5.9MW，總無(wú)功負(fù)荷3.29MW，功率因數(shù)0.9，線路每千米阻抗Z=0.08+j0.25Q。具體該線路的分布示意圖如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)布點(diǎn)示意圖

■2.2 電源接入線路電壓的變化

(1)光伏電源接入容量的影響，圖4為線路電壓受到對(duì)應(yīng)電容量的具體影響。每個(gè)光伏發(fā)電容量為 0.0065MW時(shí)，末端電壓為406 V。其中當(dāng)使用者將其調(diào)至峰值時(shí)，在整體結(jié)構(gòu)固定的條件下，此時(shí)每位使用者最大程度可以接受電容量是0.0065MW，而線路上7位對(duì)應(yīng)的總電量是0.052MW。

圖4 不同容量光伏發(fā)電分散接入后的線路電壓

(2)光伏電源接入不同用戶（位置）的影響，圖5代表的是將總?cè)萘?.05 MW平均分散接入7位使用者，線路電壓變化曲線和集中接入時(shí)線路電壓變化曲線的比較?？煽闯觯稚⒔尤氲姆绞娇梢詫?dǎo)致電壓升高，此時(shí)上升的具體數(shù)值要介于線路末端與初始端對(duì)應(yīng)的電壓上升值之間。

圖5 總?cè)萘繛?.05MW的光伏發(fā)電分散接入和集中接入不同用戶后的電壓

3 分布式光伏發(fā)電接入時(shí)的實(shí)際方案研究

■3.1 措施I-末端補(bǔ)償電抗器補(bǔ)償

圖6 表示的是針對(duì)所監(jiān)測(cè)的每戶在接入0.01 MW 光伏發(fā)電造成電壓越限情況。當(dāng)選取最小的補(bǔ)償容量即為0.03 Mvar時(shí)，用戶線路末端的電壓能夠達(dá)到404 V，此時(shí)整條線路上各點(diǎn)的電壓都能夠符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的要求。在滿足所需要求的情況下，選取小一點(diǎn)的補(bǔ)償容量即可。

圖6 采用電抗器補(bǔ)償后的電壓變化情況

■3.2 措施II-中央主控+逆變器無(wú)功功率控制

根據(jù)實(shí)際情況，我們分別選擇兩種不同策略，依次計(jì)算各自對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率。具體方案如下：

(1)逆變器控制方案I。采用方案I時(shí)，每2個(gè)用戶之間的電壓差為：

由Um+1?Um=0可以得到各個(gè)逆變器理論上對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率值QU1=QU4=QU7=0.023Mvar，QU2=QU3=QU5=QU6=0.021 Mvar，利用曲線如圖7所示。

(2)逆變器控制方案II，控制線路末端的電壓不超過(guò)Umax。在第2種情況下，按照前面所提到的策略，首先將其余7位使用者逆變器輸出的無(wú)功功率設(shè)定成0.0058Mvar，總?cè)萘渴?.043Mvar。

從曲線圖7中分析可知，在此策略下，逆變器對(duì)應(yīng)的電壓值穩(wěn)定在380V左右時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率可以大幅度降低，各用戶獲得的電壓值也均可滿足相關(guān)要求。

圖7 采用逆變器控制方案I、方案II后的電壓變化情況

■3.3 措施III-安裝儲(chǔ)能裝置

圖8 為在各用戶成功接入0.01 MW的光伏發(fā)電后，6個(gè)用戶的電壓在所監(jiān)測(cè)的20小時(shí)內(nèi)的變化情況（由于監(jiān)測(cè)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的故障，7號(hào)用戶數(shù)據(jù)不完整，故對(duì)1-6號(hào)用戶進(jìn)行分析）。由圖8可以看出，在所監(jiān)測(cè)的6個(gè)用戶中，6號(hào)用戶的電壓值最高。而且在光伏發(fā)電接入后的8~16小時(shí)的時(shí)間段，6號(hào)用戶的電壓超出1.03 pu。因此，可以在8~16小時(shí)內(nèi)控制各自的出力值均保持在5kW不變，則此時(shí)總計(jì)可以存入電能可達(dá)34kW·h，以上后備能量能夠在出力減弱的時(shí)間體現(xiàn)作用。

圖8 分布式光伏接入后用戶的電壓與時(shí)間的關(guān)系趨勢(shì)

圖9 代表了多個(gè)光伏發(fā)電接入并且加入儲(chǔ)能裝置后，各用戶線路上的各點(diǎn)電壓在所監(jiān)測(cè)的時(shí)間段的變化曲線。通過(guò)圖9可以看出，在本次所監(jiān)測(cè)的20小時(shí)內(nèi)，線路中所有用戶獲得的電壓值都能夠滿足我們的要求。

圖9 裝有儲(chǔ)能裝置的光伏接入后用戶的電壓與時(shí)間的關(guān)系趨勢(shì)

4 結(jié)論

本文以山東省某地區(qū)采用的光伏發(fā)電技術(shù)為研究對(duì)象，探討了光伏發(fā)電對(duì)電網(wǎng)電壓的影響因素，并對(duì)光伏發(fā)電接入后電壓越限問(wèn)題提出解決措施，得到以下結(jié)論。

(1)將光伏發(fā)電技術(shù)引入配電網(wǎng)后，在一定程度上可以提升線路中的各點(diǎn)電壓。

(2)相同容量光伏發(fā)電，分散接入的方式可以導(dǎo)致電壓升高。光伏發(fā)電容量較大時(shí)，易導(dǎo)致電壓值超出規(guī)定負(fù)荷。

(3)通過(guò)安裝一定量的儲(chǔ)能裝置，可以借助該裝置儲(chǔ)存無(wú)法完全利用的電能，能夠?qū)﹄妷翰▌?dòng)起到緩沖、抑制作用。