分布式光伏并網(wǎng)對(duì)10 kV 城市配電網(wǎng)線損的影響研究

王 玨

（國(guó)網(wǎng)黃石供電公司， 湖北 黃石 435000）

0 引言

城市配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保障電力供應(yīng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的城市配電網(wǎng)面臨著線損率較高和能源消耗較大等問(wèn)題。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)將光能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)了分散式發(fā)電，并可與城市配電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行[1]。通過(guò)評(píng)估分布式光伏并網(wǎng)對(duì)線損的影響程度，為優(yōu)化城市配電網(wǎng)的管理和運(yùn)行提供參考。

1 城市配電網(wǎng)線損的定義和計(jì)算

1.1 線損的概念

在城市配電網(wǎng)中，線路輸電過(guò)程中會(huì)存在一定的能量損耗，稱為線損。線損可分為技術(shù)線損和非技術(shù)線損。技術(shù)線損是由電力系統(tǒng)中的電阻、電感和電容等元件引起的正常損耗，損耗大小取決于電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載水平和線路特性等因素。非技術(shù)線損是指不正常的電能損耗，由非法操作、電能盜竊、計(jì)量誤差、設(shè)備故障和電能質(zhì)量問(wèn)題等原因引起，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重影響，需要通過(guò)有效的管理和監(jiān)測(cè)來(lái)控制和減少[2]。

1.2 線損的計(jì)算

1.2.1 技術(shù)線損的計(jì)算公式

技術(shù)線損主要由導(dǎo)線電阻、變壓器銅損、線路中的電感和電容等元件引起。技術(shù)線損的計(jì)算公式如下：

線路功率損耗（Ploss）：

式中：Ploss為線路功率損耗；I為電流；R為線路電阻。

變壓器銅損（PCu）：

式中：PCu為變壓器銅損；I為變壓器的負(fù)載電流；RCu為變壓器的電阻。

線路電感損耗（Pind）：

式中：Pind為線路電感損耗；I為電流；Xind為線路的電感阻抗。

線路電容損耗（Pcap）：

式中：Pcap為線路電容損耗；I為電流；Xcap為線路的電容阻抗。

總的技術(shù)線損可以通過(guò)將上述各項(xiàng)功率損耗相加來(lái)計(jì)算。

1.2.2 非技術(shù)線損的計(jì)算公式

非技術(shù)線損是由非法操作、電能盜竊、計(jì)量誤差、設(shè)備故障和電能質(zhì)量問(wèn)題等因素引起的損耗。由于非技術(shù)線損的來(lái)源和類型多樣，其計(jì)算方法因情況而異。非技術(shù)線損的計(jì)算公式如下：

非技術(shù)線損的百分比（NLoss）：

式中：NLoss為非技術(shù)線損的百分比；Eout為輸出的電能量；Ein為輸入的電能量。

計(jì)量誤差引起的非技術(shù)線損（NLossmetering）：

式中：NLossmetering為計(jì)量誤差引起的非技術(shù)線損；Eout為輸出的電能量；Kmetering為計(jì)量誤差系數(shù)。

設(shè)備故障引起的非技術(shù)線損（NLossfault）

式中：NLossfault為設(shè)備故障引起的非技術(shù)線損；Eout為輸出的電能量；Kfault為設(shè)備故障系數(shù)。

電能盜竊引起的非技術(shù)線損（NLosstheft）：

式中：NLosstheft為電能盜竊引起的非技術(shù)線損；Eout為輸出的電能量；Ktheft為電能盜竊系數(shù)。

總的非技術(shù)線損可以通過(guò)將上述各項(xiàng)損耗相加來(lái)計(jì)算。

2 分布式光伏并網(wǎng)對(duì)線損的影響

2.1 對(duì)技術(shù)線損的影響

2.1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)對(duì)線損的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)是衡量系統(tǒng)有功功率和視在功率之間關(guān)系的參數(shù)。功率因數(shù)是一個(gè)介于0和1 之間的值，接近1 表示系統(tǒng)具有較高的有功功率，而接近0 表示系統(tǒng)具有較高的無(wú)功功率[3]。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)線損的影響主要包括功率因數(shù)改變引起的導(dǎo)線電阻損耗和變壓器銅損耗。

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低時(shí)（接近0），系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較高的無(wú)功功率，導(dǎo)致導(dǎo)線的電阻損耗增加。這會(huì)導(dǎo)致在輸送電能的過(guò)程中出現(xiàn)更多的能量損耗，從而增加技術(shù)線損的程度。

另外，功率因數(shù)低的光伏發(fā)電系統(tǒng)還會(huì)對(duì)變壓器產(chǎn)生影響。變壓器的銅損耗與系統(tǒng)的有功功率成正比，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低時(shí)，變壓器的銅損耗也會(huì)增加，進(jìn)一步增加了線損的程度。

光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)對(duì)技術(shù)線損有顯著影響，為了減少線損，光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)逆變器控制，保持功率因數(shù)接近1，從而最大限度地減少導(dǎo)線電阻損耗和變壓器銅損耗。

2.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入會(huì)引入額外的無(wú)功功率，并可能導(dǎo)致電壓波動(dòng)和電壓不穩(wěn)定。

在光照強(qiáng)度變化較大的情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會(huì)產(chǎn)生明顯的波動(dòng)。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率突然增加時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電壓升高。反之，當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率突然減小時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致電壓降低。這種電壓波動(dòng)可能會(huì)超出配電網(wǎng)的設(shè)定范圍，導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定或不合格。

2.2 對(duì)非技術(shù)線損的影響

2.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入對(duì)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響，主要包括電壓波動(dòng)、電壓偏差和電壓不平衡。首先，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會(huì)隨著太陽(yáng)輻射的變化而波動(dòng)，直接影響到電網(wǎng)的電壓，導(dǎo)致電壓的瞬時(shí)波動(dòng)。其次，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入，可能會(huì)導(dǎo)致電壓偏差，導(dǎo)致電壓超出標(biāo)稱范圍[4]。此外，光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入也可能導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓不平衡，進(jìn)而影響到電網(wǎng)其他用戶的電壓質(zhì)量。

2.2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)諧波的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入還可能對(duì)電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響，諧波是指電網(wǎng)中頻率是基波頻率的整數(shù)倍的非基波電壓和電流成分。光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器通常采用開關(guān)電源技術(shù)，其輸出電壓和電流具有較高的頻譜含量，這些頻譜含量可能包含諧波成分，將這些諧波注入到電網(wǎng)中，可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的諧波電壓增加，從而影響電網(wǎng)的諧波水平。高水平的諧波電壓可能導(dǎo)致其他電網(wǎng)設(shè)備的諧波電流增加，進(jìn)而影響電網(wǎng)的諧波傳輸和供電質(zhì)量。

3 研究方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)置

3.1 數(shù)據(jù)收集和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究選擇了某城市的10 kV 配電網(wǎng)進(jìn)行觀察和測(cè)量。收集了該配電網(wǎng)的線損數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)電壓和諧波數(shù)據(jù)等，如表1 所示。

表1 配電網(wǎng)具體參數(shù)

3.2 城市配電網(wǎng)規(guī)模和分布式光伏系統(tǒng)容量的選擇

在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行有無(wú)光伏發(fā)電系統(tǒng)的比較。同時(shí)，比較不同光伏逆變器功率因數(shù)和諧波畸變率的情況下對(duì)配電網(wǎng)的影響。

為更好地比較有無(wú)光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)線損的影響，分別測(cè)試在相同負(fù)荷下兩種情況下的線損率，計(jì)算其技術(shù)線損和非技術(shù)線損的具體值。計(jì)算公式如下：

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，分析分布式光伏并網(wǎng)對(duì)城市配電網(wǎng)線損的影響，并探討其對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量和諧波的影響。

4 結(jié)果與討論

4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和分析，得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1）光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)技術(shù)線損的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的情況下，技術(shù)線損率較無(wú)光伏系統(tǒng)情況下有所增加，無(wú)光伏系統(tǒng)技術(shù)線損率為5%，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后技術(shù)線損率為7%。對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)導(dǎo)致技術(shù)線損率增加了2 個(gè)百分點(diǎn)。

2）光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)非技術(shù)線損的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，非技術(shù)線損率在光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后有所下降，無(wú)光伏系統(tǒng)非技術(shù)線損率為10%，光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后非技術(shù)線損率為8%。通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)可知，光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)對(duì)非技術(shù)線損率產(chǎn)生了顯著的改善效果，降低了2 個(gè)百分點(diǎn)。

綜合分析可知，光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)對(duì)城市配電網(wǎng)的線損產(chǎn)生了一定的影響。技術(shù)線損率有所增加，而非技術(shù)線損率有所下降。這表明光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的功率流動(dòng)和電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定的影響，如表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)和諧波畸變率也對(duì)線損產(chǎn)生了一定的影響。在實(shí)驗(yàn)中，觀察到功率因數(shù)和諧波畸變率的變化會(huì)進(jìn)一步影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)效果以及對(duì)線損的影響程度。

4.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的定量分析和解釋

對(duì)于技術(shù)線損率的增加，可以解釋為光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)引入了新的電源，增加了配電網(wǎng)的負(fù)載，從而導(dǎo)致了額外的線路損耗。這可能是由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出和電網(wǎng)負(fù)載之間存在功率匹配不完全的情況，導(dǎo)致了一定程度的能量損失。

而非技術(shù)線損率的降低可以解釋為光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)提供了穩(wěn)定的電源，減少了電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷對(duì)電壓的波動(dòng)和諧波產(chǎn)生的影響，進(jìn)一步減少了非技術(shù)線損的產(chǎn)生。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，分布式光伏并網(wǎng)可以顯著減少城市配電網(wǎng)的技術(shù)線損和總線損，功率因數(shù)越高，線損越小。應(yīng)保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，控制諧波畸變率在合理范圍內(nèi)。分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在城市配電網(wǎng)中具有顯著的優(yōu)勢(shì)和潛力，可以提高配電網(wǎng)的效率和穩(wěn)定性，降低能源消耗和環(huán)境污染。