計及電能質(zhì)量全指標(biāo)的承載力評估方法

摘 要：隨著高比例新能源接入電網(wǎng)后，引起電網(wǎng)諧波超標(biāo)、電壓偏差、潮流倒送等問題，為了保證電網(wǎng)穩(wěn)定性，需要科學(xué)評估電網(wǎng)新能源承載力，通過承載力評估結(jié)果指導(dǎo)新能源有序并網(wǎng)。為此，該文在DL/T 2041—2019《分布式電源接入電網(wǎng)承載力評估導(dǎo)則》基礎(chǔ)上增加諧波電流、諧波電壓、電壓波動及閃變等評估指標(biāo)。同時，考慮工程易用性，該文將評估7個指標(biāo)轉(zhuǎn)換為最簡化的計算公式，不需要過多依賴電網(wǎng)拓?fù)淝闆r下，可快速評估待評估線路新能源接入承載力。最后，基于該文提供的算法開發(fā)實現(xiàn)程序，有效支撐工程中電網(wǎng)承載力快速評估。

關(guān)鍵詞：新能源；電壓偏差；諧波；電壓波動及閃變；評估

中圖分類號：TM615 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）27-0158-05

Abstract： With the high proportion of new energy connected to the power grid， it causes problems such as excessive harmonics， voltage deviation， and flow reversal. In order to ensure the stability of the power grid， it is necessary to scientifically evaluate the new energy carrying capacity of the power grid， and guide the orderly integration of new energy through the results of the carrying capacity assessment. Therefore， this paper adds evaluation indicators such as harmonic current， harmonic voltage， voltage fluctuation， and flicker on the basis of the DL/T 2041—2019 Guidelines for Evaluating the Carrying Capacity of bistatic Power Sources Connected to the Power Grid. At the same time， considering the ease of use of the project， this paper will convert the evaluation of 7 indicators into the simplest calculation formula. Without relying too much on the power grid topology， it can quickly evaluate the carrying capacity of new energy integration in the evaluation line. Finally， an implementation program was developed based on the algorithm provided in this paper， so as to effectively support the rapid assessment of power grid carrying capacity in engineering.

Keywords： new energy; voltage deviation; harmonics; voltage fluctuation and flicker; evaluation

分布式光伏出力與當(dāng)?shù)靥柲軐崟r輻照強(qiáng)度密切相關(guān)，具有明顯的間歇性和波動性。大規(guī)模分布式光伏接入為電網(wǎng)提供了綠色、可再生的清潔能源，使得配電網(wǎng)的靈活性資源更加豐富，但高彈性配電網(wǎng)的建設(shè)不但需要考慮極端情況下電網(wǎng)保證關(guān)鍵負(fù)荷供電的能力，同時也需要考慮如何實現(xiàn)多能源互聯(lián)，并在保證安全可靠性的前提下提升效率，挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力。這就需要全面梳理電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)等各方面資源，提出系統(tǒng)性、針對性的電網(wǎng)發(fā)展提升策略，并基于配電網(wǎng)承載力評估結(jié)果來分析和反映區(qū)域電網(wǎng)的承載力和區(qū)域內(nèi)電力設(shè)備過載等薄弱環(huán)節(jié)，以挖掘配電網(wǎng)靈活性資源調(diào)控潛力，為配電網(wǎng)規(guī)劃、調(diào)度、運維管理提供科學(xué)的參考意見[1]。

為了有效評估電網(wǎng)承載力。文獻(xiàn)[2]對新能源出力特性進(jìn)行分析，著重考慮了新能源發(fā)電與用電量的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時從新能源消納機(jī)理出發(fā)，提出了新能源消納系數(shù)計算指標(biāo)，據(jù)此結(jié)合系統(tǒng)承載力的消納系數(shù)法，從裝機(jī)、利用率、負(fù)荷、調(diào)峰率和備用率等因素開展承載力評估。文獻(xiàn)[3]從分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)造成電網(wǎng)的電能質(zhì)量問題，選取電流電壓諧波畸變率、電壓偏差和電壓波動作為特征量，利用模糊評判準(zhǔn)則確定配電網(wǎng)電能質(zhì)量健康狀況，其考慮的指標(biāo)不全，能以全面體現(xiàn)電能質(zhì)量指標(biāo)影響，在此基礎(chǔ)上文獻(xiàn)[4]考慮線路過載、保護(hù)失效以及諧波、電壓偏差等電能質(zhì)量指標(biāo)，運用數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)，開展配電網(wǎng)分布式光伏承載力評估，顯然該方法需要大量的電網(wǎng)數(shù)據(jù)。而文獻(xiàn)[5]從電網(wǎng)最優(yōu)潮流出發(fā)，針對電力系統(tǒng)潮流的非線性問題，建立線性化方法，建立了考慮電壓、線路潮流、功率返送和機(jī)組爬坡約束下的新能源承載能力評估方法，但潮流計算過于復(fù)雜。

基于以上情況，本文提出了涵蓋電能質(zhì)量全指標(biāo)及從線路過載、保護(hù)失效的承載力評估方法，為了提高工程易用性，推導(dǎo)并提供了各個指標(biāo)實現(xiàn)公式和步驟。最后，通過開發(fā)的承載力評估軟件，驗證了本文方法的可行性。

1 承載力評估方法

本文在DL/T 2041—2019《分布式電源接入電網(wǎng)承載力評估導(dǎo)則》的基礎(chǔ)上，考慮電能質(zhì)量全指標(biāo)開展線路、臺賬的新能源接入承載力評估。

通過收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算所有指標(biāo)并評估是否滿足指標(biāo)要求。

1.1 指標(biāo)1：反向負(fù)載率評估

計算反向負(fù)載率？姿，計算歷史各時刻點變壓器和線路的反向負(fù)載率，t時刻的反向負(fù)載率？姿，式（1）是計算反向負(fù)載率具體公式。

式中：PD為現(xiàn)有光伏功率，PL為現(xiàn)有負(fù)荷等效功率（負(fù)荷減去除分布式電源以外的其他電源出力），Se為變壓器或線路實際運行限值。

當(dāng)通過式（1）得到具體的反向負(fù)載率后，與限值0.8進(jìn)行對比，若小于限值則認(rèn)為熱穩(wěn)定通過評估，大于限值則認(rèn)為不通過。

1.2 指標(biāo)2：短路電流評估

短路電流評估是為了保證新能源接入后不影響現(xiàn)有系統(tǒng)的保護(hù)動作，其計算公式如式（2）所示。

式中：Ixz為系統(tǒng)最大運行方式下，母線短路電流現(xiàn)狀值，可按母線大方式短路容量來確定；UN為各級母線額定電壓，分布式光伏產(chǎn)生的短路電流通常不超過其額定電流的1.5倍；Im為允許的短路電流限值，應(yīng)選取與母線聯(lián)接的相應(yīng)斷路器開斷電流限值的最小值。

當(dāng)?shù)玫浇尤牒蟮亩搪冯娏骱?，判斷是否滿足式（2），若符合，認(rèn)為短路電流評估通過，否則不通過。

1.3 指標(biāo)3：電壓偏差評估

電壓偏差校核以無功功率就地平衡和分布式光伏接入前后電網(wǎng)電壓不越限為原則，待校核容量（Pm）的分布式光伏接入后導(dǎo)致的各級母線電壓偏差按公式（3）計算。

參考GB/T 33593—2017《分布式電源并網(wǎng)技術(shù)要求》規(guī)定，分布式光伏功率因數(shù)調(diào)節(jié)范圍為0.98（超前）～0.98（滯后），可據(jù)此估算功注入量△P，無功注入量△Q的正負(fù)最大值，其計算公式如式（5）及式（6）所示。

將？啄U與國標(biāo)限值進(jìn)行對比，若滿足，則通過電壓偏差評估，否則不通過。

1.4 指標(biāo)4：諧波電流評估

光伏并網(wǎng)諧波源主要在于逆變器，為此諧波評估考慮基于逆變器諧波特性進(jìn)行。

實現(xiàn)步驟包括以下幾方面。

1）獲得典型逆變器諧波電流發(fā)射特性數(shù)據(jù)。通常，每個型號逆變器并網(wǎng)前都會做型式試驗，包含了2～25次諧波電流發(fā)射特性。圖1是某廠家320 kW逆變器諧波形式實驗測試報告中諧波電流值。

將圖1轉(zhuǎn)換為諧波電流含有率，即各次諧波/基波的形式，具體如式（6）所示，式中Ih，per為典型逆變器的h次諧波電流含有率，Ih，inv為典型逆變器的h次諧波幅值，單位為A，而Ibasic為典型逆變器基波電流幅值，單位為A。

設(shè)并網(wǎng)分布式光伏（或者風(fēng)機(jī)等系能源）容量為Pm，通過（7）計算并網(wǎng)后的新能源基波電流Ibasic，s。

2 實驗分析

本文基于上述方法，開發(fā)了計及電能質(zhì)量全指標(biāo)的承載力評估軟件。只需要輸入少許參數(shù)即可自動完成承載力評估，所需參數(shù)見表2。

具體設(shè)計了參數(shù)輸入交互界面如圖2所示，這些參數(shù)需要全部填寫完畢才能保存，即輸入?yún)?shù)必須完整，否則不進(jìn)行承載力評估。

當(dāng)完成評估參數(shù)后，所創(chuàng)建的承載力評估任務(wù)以列表形式呈現(xiàn)，具體如圖3所示，圖中提供了修改、刪除及啟動評估等按鈕，當(dāng)點擊修改“按鈕“后可彈出與新建類似的界面，可根據(jù)實際情況完成修改，而點擊刪除按鈕后相應(yīng)的承載力任務(wù)將被刪除。

根據(jù)0.4 kV臺區(qū)信息，完成了全部參數(shù)填寫后，所得到的評估報告如圖4所示。通過7個指標(biāo)的綜合評估，該線路新能源最大接入能力為1 200 kW，最先出現(xiàn)超標(biāo)的指標(biāo)為電壓波動，若改善臺區(qū)拓?fù)洌瑑?yōu)化用電，可進(jìn)一步提升其新能源承載力。

3 結(jié)束語

針對新型電力系統(tǒng)，高比例新能源接入帶來的電網(wǎng)問題，本文提出一種計及電能質(zhì)量全指標(biāo)的評估方法，相較于現(xiàn)有的復(fù)雜方法，本文從工程易用性出發(fā)給出了詳細(xì)的評估步驟和公式，并據(jù)此開發(fā)了交互軟件進(jìn)行仿真驗證，通過該方法不僅可得到線路新能源最大承載力，也可定位最為薄弱的指標(biāo)，據(jù)此可指導(dǎo)系統(tǒng)改造和完善，從而進(jìn)一步提升電網(wǎng)新能源承載力。

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