戶(hù)用型光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

王貴波 馬健 胡偉

摘 要：隨著人們對(duì)清潔能源認(rèn)識(shí)的提升以及相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，太陽(yáng)能光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)正在逐步滲透到我們的生活中，但是光伏發(fā)電會(huì)受到光照時(shí)間、強(qiáng)度等因素的影響，將其接入到配電網(wǎng)中之后會(huì)在一定程度上影響配電網(wǎng)的穩(wěn)定性。有鑒于此，本文對(duì)戶(hù)用型光伏發(fā)電系統(tǒng)計(jì)入到配電網(wǎng)中后對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行了分析，旨在進(jìn)一步推動(dòng)戶(hù)用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；配電網(wǎng)；運(yùn)行方式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.24.194

1 引言

目前階段，隨著相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在強(qiáng)大科技實(shí)力的支撐下，太陽(yáng)能光伏電站有了更大的發(fā)展空間，尤其是在生態(tài)環(huán)境日益惡化的背景下，新能源的開(kāi)發(fā)以及應(yīng)用成為了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，太陽(yáng)能作為一種新能源，有著豐富的資源、分布廣泛、清潔、安全、用之不竭等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著全球能源供應(yīng)變得越來(lái)越緊張，太陽(yáng)能光伏發(fā)電的優(yōu)勢(shì)更加顯現(xiàn)出來(lái)，在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用規(guī)模也變得越來(lái)越廣。現(xiàn)在，發(fā)展大型光伏并網(wǎng)電站的是其中重要的一個(gè)趨勢(shì)，比如在邊遠(yuǎn)地區(qū)發(fā)展獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)，在大型建筑物頂部發(fā)展中型或者小型并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等。戶(hù)用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的引入能夠使我國(guó)電力配電網(wǎng)從輻射式的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化成遍布電源以及用戶(hù)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。

在這一電力網(wǎng)絡(luò)中，負(fù)荷變得更加復(fù)雜，且具有一定的隨機(jī)性，很多對(duì)其中的負(fù)荷進(jìn)行非常精準(zhǔn)的表示。為了使其更加方便進(jìn)行研究，本文選擇運(yùn)用恒功率靜態(tài)模型對(duì)饋線上的各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷進(jìn)行表示；另外，研究中假設(shè)負(fù)荷三相對(duì)稱(chēng)；考量到電壓等級(jí)低，配電線路長(zhǎng)度短，所以三相線路間的互感也不考慮；所有線路阻抗均折合到系統(tǒng)電壓等級(jí)。

2 單個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)的潮流計(jì)算

引入PV之后會(huì)使我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)的輻射式轉(zhuǎn)化成遍布電源以及用戶(hù)互聯(lián)的綜合性、復(fù)雜化的網(wǎng)絡(luò)[1]。未引入PV時(shí)，饋線潮流始終是單向存在的，而且有功潮流和變電站之間的距離是呈現(xiàn)背離趨勢(shì)的。在饋線引入PV后，就使得饋線潮流模式發(fā)生了轉(zhuǎn)變，依據(jù)PV的接入位置與負(fù)荷情況，配電系統(tǒng)的潮流可以減少也可以增加。該節(jié)對(duì)引入單個(gè)PV之后可能會(huì)對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析，主要對(duì)從不同位置、不同容量以及不同方式引入PV之后導(dǎo)致的電壓曲線分布狀況。在本研究中變電所以上的網(wǎng)絡(luò)全部等值為電壓源，系統(tǒng)電壓始終保持不變。

在此模型中，將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)末端（節(jié)點(diǎn)5處），其向配電網(wǎng)注入功率，可視為“負(fù)”的負(fù)荷，假定PV的容量為1MVA，功率因數(shù)，cosφ=0.9（滯后）[2]。此線路的參數(shù)為：1-5節(jié)點(diǎn)所連接負(fù)荷均為S負(fù)=0.85+0.54j，各段線路阻抗為Z0-1=0.1+0.2j、Z1-2=0.2+0.3j、Z2-3=0.2+0.4j、Z3-4=0.1+0.5j、Z4-5=0.3+0.1j，注入各節(jié)點(diǎn)的功率為S1～5，線路首端電壓UN為10.5kV。

以上配電網(wǎng)模型，可按以下兩個(gè)步驟進(jìn)行電壓和功率的計(jì)算。

第一步：從離電源點(diǎn)最遠(yuǎn)的節(jié)點(diǎn)5開(kāi)始，利用線路額定電壓，逆著功率傳送的方向依次計(jì)算各段線路阻抗中的功率損耗和功率分布。

第二步：利用第一步求得的功率分布，從電源點(diǎn)開(kāi)始，順著功率傳送的方向依次計(jì)算各段線路的電壓降落，求出各節(jié)點(diǎn)電壓。

按照此方法可依次推出其余各節(jié)點(diǎn)的電壓情況。為了提高計(jì)算精度，可以重復(fù)以上的運(yùn)算。經(jīng)兩次迭代計(jì)算后，發(fā)現(xiàn)各節(jié)點(diǎn)電壓誤差均在0.001kV以?xún)?nèi)。

3 單個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)配電網(wǎng)的影響

3.1 戶(hù)用光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量對(duì)電壓分布的影響

在保持其他參數(shù)不變的情況下，僅僅使PV容量變化，也會(huì)使配電網(wǎng)的電壓發(fā)生變化。運(yùn)用上文的模型，假設(shè)PV從節(jié)點(diǎn)引入，設(shè)定其功率因數(shù)為0.9（滯后）運(yùn)行，通過(guò)測(cè)定可知隨著戶(hù)用型光伏電源容量的逐漸增加，配電網(wǎng)的電壓分布發(fā)生變化；PV接入處，電源容量越大，壓降越小，當(dāng)PV容量較大時(shí)，壓降會(huì)出現(xiàn)負(fù)值（如容量5MVA時(shí)）。

3.2 戶(hù)用型光伏發(fā)電系統(tǒng)接入位置對(duì)電壓分布的影響

在保持其他參數(shù)不變的情況下，僅僅使PV接入位置進(jìn)行調(diào)整，也會(huì)使配電網(wǎng)的電壓發(fā)生變化。設(shè)定PV功率因數(shù)為0.9（滯后）運(yùn)行，通過(guò)測(cè)定可知，總出力相同的PV在不同的位置接入配電網(wǎng)，其電壓分布情況有著非常大的不同；PV將其所在節(jié)點(diǎn)的電壓抬高，下游饋線的電壓整體升高。

3.3 戶(hù)用型光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式對(duì)電壓分布的影響

功率因數(shù)是PV影響配電網(wǎng)電壓分布的一個(gè)重要因素。光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)發(fā)電技術(shù)及其控制，可以運(yùn)行在不同的功率因數(shù)，它可以從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率也可以向系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功功率[3]。采用前述相同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和負(fù)荷大小，PV的功率因數(shù)的變化會(huì)引發(fā)饋線電壓曲線發(fā)生改變。通過(guò)仿真計(jì)算我們可知，在PV的功率因數(shù)從超前0.85變化到滯后0.85的過(guò)程中，PV從配電網(wǎng)系統(tǒng)中吸收的無(wú)功功率逐漸變少，配網(wǎng)饋線潮流減弱，位于PV上游的電壓下降幅度也在不斷降低。之后，功率因數(shù)繼續(xù)變化，PV從系統(tǒng)中吸收的無(wú)功功率變成零，繼而會(huì)向系統(tǒng)中輸出無(wú)功功率，此時(shí)配電網(wǎng)中的饋線潮流繼續(xù)降低。由此可知，隨著功率因素的變化，PV從吸收配網(wǎng)中的無(wú)功功率逐漸轉(zhuǎn)變成向系統(tǒng)輸出無(wú)功功率。

4 結(jié)論

本文在配電網(wǎng)中引入了光伏發(fā)電系統(tǒng)，分別從不同接入容量、位置以及運(yùn)行方式3個(gè)層面對(duì)戶(hù)用型光伏發(fā)電系統(tǒng)引入之后對(duì)配電網(wǎng)造成的影響進(jìn)行了分析，通過(guò)仿真計(jì)算可知，不同的接入容量、位置以及運(yùn)行方式都會(huì)對(duì)配電網(wǎng)電壓造成不同程度的影響。

今后可以進(jìn)一步分析多個(gè)電源接入時(shí)情況，進(jìn)而得出對(duì)實(shí)踐更有指導(dǎo)意義的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙春江.并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[2]王東.太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)與系統(tǒng)集成[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[3]黃漢云.太陽(yáng)能光伏發(fā)電應(yīng)用原理[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2012.