分布式光伏電源接入對配電網(wǎng)影響

黃瑤玲，楊 楠，劉 潯，萬 泉

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司直流運檢公司，湖北宜昌 443000）

引言

分布式發(fā)電單元接入配電網(wǎng)后會改變原本配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，使原本的輻射狀獨立電源網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)殡p重電源或多電源結(jié)構(gòu)。光伏發(fā)電相較于傳統(tǒng)電源比較特殊，其具有隨機性強和波動性大的特征，同時還具有間歇性和不可調(diào)度性的特點。另外，配網(wǎng)中的負(fù)荷同樣具有一定的不確定性，整個系統(tǒng)中可能出現(xiàn)較為頻繁的反向潮流，以至于造成電壓波動、諧波等電能質(zhì)量問題[1]。除了對系統(tǒng)電壓產(chǎn)生影響以外，光伏并網(wǎng)后整個系統(tǒng)的損耗也會相應(yīng)地增加。而在配網(wǎng)規(guī)劃和設(shè)計之初，變壓器型號和容量的選擇是其中的關(guān)鍵一環(huán)，系統(tǒng)潮流和網(wǎng)損的變化會進一步造成變壓器選擇困難[2]。

針對上述問題，本文首先簡要介紹分布式光伏發(fā)電的原理及其結(jié)構(gòu)，然后在此基礎(chǔ)上對光伏并網(wǎng)后系統(tǒng)的電壓分布情況進行了仿真分析。

1 分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

分布式光伏發(fā)電一般采用就近選址原則減小光伏發(fā)電單元到負(fù)荷之間的距離，將光伏板安裝于距離負(fù)荷較近的配電網(wǎng)上。光伏發(fā)電具有較強的靈活性和較好的經(jīng)濟性，光伏發(fā)電設(shè)備安裝簡單，省時省力[3]。

圖1展示了光伏發(fā)電單元的主要結(jié)構(gòu)。光伏發(fā)電單元是由光伏陣列、直流控制器、逆變器和儲能裝置等有效連接組成的整體系統(tǒng)[4]。光伏電池板是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵設(shè)備，是整個系統(tǒng)的核心設(shè)備。直流控制系統(tǒng)和逆變器主要起電流控制的作用，它將光伏板發(fā)出的直流電轉(zhuǎn)換成交流電再上網(wǎng)給負(fù)荷供電。儲能系統(tǒng)能夠?qū)⒁欢ㄏ蘖康碾娔軆Υ嫫饋韀5]。

圖1 光伏并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

2 光伏電源接入對配電網(wǎng)電壓的影響

利用文獻[6]提供的計算模型，分別通過仿真計算，分析光伏發(fā)電單元的接入位置、運行方式以及容量對配網(wǎng)電壓的影響。

2.1 接入位置對配電網(wǎng)電壓的影響

采用單一變量的原則，在其他條件不變的前提下，在配網(wǎng)中的不同位置接入固定容量和功率因數(shù)的光伏電源，光伏電源容量S=4 MVA，功率因數(shù)cosφ=0.9，配網(wǎng)中各節(jié)點電壓的分布情況如圖2所示。

圖2 接入位置對配電網(wǎng)電壓的影響

由圖2 可知，在配網(wǎng)中距離負(fù)荷不同距離的位置接入光伏電源，各節(jié)點的電壓會有不同程度的升高。從配網(wǎng)中負(fù)荷側(cè)電壓穩(wěn)定程度的角度來看，光伏電源接入位置越靠近線路末端，即距離負(fù)荷越近，負(fù)荷電壓受到電能損耗的影響越小。因此可以得出結(jié)論，在距離負(fù)荷近的節(jié)點并入光伏電源能夠適當(dāng)補償線路末端電壓。

2.2 光伏接入容量對配電網(wǎng)電壓的影響

在其他條件不變的情況下，改變接入配網(wǎng)中光伏電源的容量，系統(tǒng)滯后的功率因數(shù)仍為cosφ=0.9，接入位置固定在距離線路首段4 km 處，此時配網(wǎng)中各節(jié)點電壓的分布情況如圖3所示。

圖3 不同容量的光伏電源4 km處接入后的配電網(wǎng)節(jié)點電壓分布圖

在其他條件與上述方案相同的情況下，改變光伏電源的接入位置，將不同容量的光伏電源接入點設(shè)置于距離線路首端8 km 處，此時配網(wǎng)中各節(jié)點電壓的分布情況如圖4所示。

圖4 不同容量的光伏電源在8 km處接入后的配電網(wǎng)節(jié)點電壓分布圖

比較圖3 和圖4 可以看出，接入配網(wǎng)系統(tǒng)中光伏發(fā)電單元的容量越大，配電網(wǎng)中各電壓節(jié)點電壓值水平越高。光伏電源接入位置附近的電壓補償最明顯，這種補償效果隨著接入系統(tǒng)容量的增加表現(xiàn)更明顯，且系統(tǒng)容量越大整個配網(wǎng)節(jié)點電壓補償越多。

2.3 系統(tǒng)運行方式對配電網(wǎng)電壓的影響

固定光伏電源的容量和接入位置，僅考慮不同運行方式下光伏發(fā)電單元對配電網(wǎng)的影響。光伏發(fā)電單元容量設(shè)置為4 MVA 不變，光伏電源的接入位置設(shè)置在距離線路首端4 km 處，此時配網(wǎng)中各節(jié)點電壓的分布情況如圖5所示。

根據(jù)圖5 所示的變化曲線，配電網(wǎng)中各節(jié)點電壓的數(shù)值受接入配網(wǎng)中光伏電源的運行方式影響較大。隨著系統(tǒng)運行方式由吸收無功到發(fā)出無功，配網(wǎng)中各節(jié)點電壓逐漸升高。光伏發(fā)電單元所輸出的無功進一步增大，配網(wǎng)中接入點的電壓會升高到最大值，整體的電壓升高幅度也會相對減小，最終呈現(xiàn)出穩(wěn)定的趨勢。

3 結(jié)束語

光伏發(fā)電單元并網(wǎng)運行，對整個系統(tǒng)的電能質(zhì)量提出了更高的要求。為研究配電網(wǎng)各節(jié)點電壓在不同條件下受到光伏發(fā)電單元的影響，本文首先闡述了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，然后分別對光伏電源接入位置、接入容量及系統(tǒng)運行方式對配電網(wǎng)電壓分布的影響進行仿真計算，為后續(xù)分布式光伏電源并網(wǎng)研究奠定了基礎(chǔ)。