光伏發(fā)電并網(wǎng)對地區(qū)配電網(wǎng)電壓分布的影響

葉麗娟

廣東電網(wǎng)有限責任公司珠海供電局，廣東 珠海 519000

0 引言

光伏發(fā)電是新型發(fā)電方式，與環(huán)境的兼容性較好。分布式光伏發(fā)電是光伏發(fā)電中的一種，屬于獨立電源，且基礎設施建設周期較短，需要投入的資金和資源也相對較少，具有明顯的環(huán)保和節(jié)能特性。低壓側光伏發(fā)電并網(wǎng)后對配電網(wǎng)潮流計算研究和對配電網(wǎng)影響進行的量化分析，對解決光伏電源合理、安全并網(wǎng)的問題以及對促進光伏電源在智能電網(wǎng)中的發(fā)展具有重要作用。為此，文章以光伏發(fā)電并網(wǎng)對地區(qū)配電網(wǎng)電壓分布的影響為研究課題，展開詳細論述。

1 光伏發(fā)電接入位置、注入容量原理

光伏發(fā)電通過并網(wǎng)方式接入低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)后，饋電線路處于均勻分布線路狀態(tài)。此時，設配電網(wǎng)的總有功功率為P，無功功率為Q，線路的節(jié)點數(shù)量為n，單位長度下的負荷功率為P0，兩個相鄰節(jié)點之間的距離為a，如果將容量為P1+jQ1光伏發(fā)電在m節(jié)點處接入配電系統(tǒng)，在不更改饋電線路其他參數(shù)情況下，配電線路任意節(jié)點x的負荷需要分為0～m以及m～n兩種情況。此時，對饋電線路中的有功功率展開計算，其計算式為

設定低壓配電網(wǎng)保持恒定電壓狀態(tài)運行，可利用如下公式計算配電網(wǎng)的線路損耗：

式中：U為恒定電壓。

饋電線路總損耗的計算式為

整理上述公式，可得

對m和P1分別求解偏導數(shù)，且令偏導數(shù)等于零，可得

求解上述方程，可得

由此可得，光伏發(fā)電單獨并入低壓配電系統(tǒng)時，接入位置需要控制在電源側的2/3節(jié)點處，此時需要消耗的線損最??；而光伏發(fā)電對低壓配電網(wǎng)注入容量時，數(shù)值是配電系統(tǒng)線路總負荷的2/3，即線損最小[1]。

2 網(wǎng)損最小理論

為了確保優(yōu)化低壓配電網(wǎng)與光伏發(fā)電并網(wǎng)結構，對原本的網(wǎng)損最小理論進行調整和優(yōu)化，使上述理論及公式能夠滿足多節(jié)點并入配電網(wǎng)的要求[2]。為了滿足光伏發(fā)電多節(jié)點并網(wǎng)低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)的注入容量與接入位置測驗要求，構建穩(wěn)態(tài)模型，保證接入光伏發(fā)電系統(tǒng)后低壓配電網(wǎng)的其他參數(shù)不發(fā)生改變。此時，可利用下述公式計算節(jié)點電壓與線損之間的關系：

根據(jù)上述計算公式，了解到ΔP和ΔU成正比，如果ΔU逐漸減小，那么ΔP也會隨之減小，反之則越來越大。因此，在多節(jié)點并入低壓配電網(wǎng)系統(tǒng)情況下，光伏發(fā)電的節(jié)點電壓值與u線損成反比，此時為了控制線損達到最小，可選取線路節(jié)點電壓最大值的節(jié)點支路作為接入點[3]。

根據(jù)網(wǎng)損最小理論，學者們開展了大量線路功率計算試驗，發(fā)現(xiàn)在原本的網(wǎng)損最小理論中需要對線路進行有功補償，但該種方式對低壓配電網(wǎng)節(jié)點電壓的提升效果并不明顯，無法穩(wěn)定電力系統(tǒng)[4]。因此，可將有功補償轉變?yōu)闊o功功率補償，以保證配電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

3 光伏發(fā)電并網(wǎng)對地區(qū)配電網(wǎng)電壓分布影響的案例分析

根據(jù)前文所表述的網(wǎng)損最小理論，選擇某光伏發(fā)電并網(wǎng)案例為研究對象，借助IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)對網(wǎng)損最小理論展開驗證分析。已知此次選擇的配電系統(tǒng)母線電壓為10.5 kV，收斂要求精確到0.000 1。

3.1 光伏發(fā)電單節(jié)點并網(wǎng)同時無功補償

在光伏發(fā)電的運行狀態(tài)不發(fā)生改變情況下，將選擇的IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)進行調整，使該系統(tǒng)等效成一條線路，修改后的線路等效節(jié)點圖如圖1所示。

圖1 線路等效節(jié)點圖

根據(jù)2/3理論，可以對光伏發(fā)電系統(tǒng)中的8個節(jié)點均并入配電網(wǎng)后的注入容量進行計算，得出計算結果為2 510 kW，此時可得配電網(wǎng)中的無功補償點達到28個節(jié)點，補償注入容量則是1 530 kVA[5]。對IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)展開潮流計算，可得配電系統(tǒng)各個節(jié)點的電壓值情況，如圖2所示。

圖2 單PV并網(wǎng)后各個節(jié)點電壓值分布

從圖2可以看出，經(jīng)過調整的IEEE 33節(jié)點配電網(wǎng)系統(tǒng)在各個節(jié)點方面的電壓值均有明顯變化，電壓有大幅提升，變化后的節(jié)點電壓值均超過10.17 kV，證明經(jīng)過調整后的IEEE 33節(jié)點配電網(wǎng)系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定，電壓值滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求。電壓值整體曲線幅度變化相對較小，該情況使不同節(jié)點電壓值的曲線更顯平滑。可見，經(jīng)過調整以后，配電網(wǎng)的線路電壓已經(jīng)得到明顯改善，在網(wǎng)絡損耗方面也有明顯控制，能夠達到降低供電成本的目的，讓配電網(wǎng)的經(jīng)濟效益有所提升。

3.2 光伏發(fā)電多節(jié)點并網(wǎng)

根據(jù)前文所討論的理論內容，針對IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)的各個支路接入PV位置以及注入容量展開計算，發(fā)現(xiàn)3～22支路的PV接入位置為21，注入容量為340 kW，而4～25支路的PV接入位置是25，注入容量為620 kW，4～8支路的PV接入位置是8，注入容量是660 kW，8～16的PV接入位置是14，注入容量是350 kW，8～33的PV接入位置是31，注入容量是610 kW。實際上，IEEE 33節(jié)點配電系統(tǒng)本身并不是等負荷分布狀態(tài)，因此各個支路的PV注入容量相加也僅為有功總負荷的2/3。對配電系統(tǒng)進行潮流計算，可得不同節(jié)點的電壓值分布情況，如圖3所示。

圖3 多PV并網(wǎng)后各個節(jié)點電壓值分布

從圖3可以看出，當多個節(jié)點并網(wǎng)注入配電網(wǎng)中以后，配電網(wǎng)各個節(jié)點的電壓值均有明顯變化，處于穩(wěn)定提升狀態(tài)，尤其是8～16節(jié)點支路以及8～33節(jié)點支路，電壓提升幅度最為突出。與原本的配電網(wǎng)系統(tǒng)電壓分布狀態(tài)相比，在多個節(jié)點注入后，配電網(wǎng)的電壓曲線逐漸趨于平緩，電壓值的變化幅度明顯減弱。根據(jù)電力系統(tǒng)的規(guī)定顯示，在配電網(wǎng)的線路中，電壓浮動范圍需要在9.975～11.025 kV，才能確保配電網(wǎng)運行更加穩(wěn)定。但是，從圖3的信息可知，有兩個節(jié)點支路的電壓數(shù)值并不在規(guī)定范圍內，可見，在多節(jié)點并入配電網(wǎng)的情況下，IEEE 33節(jié)點配電網(wǎng)系統(tǒng)的節(jié)點支路電壓值無法滿足穩(wěn)定電力系統(tǒng)的需求。

4 結束語

總體來說，在光伏發(fā)電接入配電網(wǎng)的情況下，經(jīng)過節(jié)點電路調整，合理布置接入位置和控制注入容量，能夠滿足網(wǎng)損最小理論的觀點，并成功改進配電網(wǎng)的負荷能耗。