評估電壓偏差與諧波約束下配網(wǎng)光伏最大滲透率

1、評估電壓偏差與諧波約束下配網(wǎng)光伏最大滲透率摘要本文以三相不平衡的電網(wǎng)系統(tǒng)為研究對象，于對應(yīng)位置接進(jìn)分布式光伏，通過 OpenDSS 軟件處理該光伏接入電網(wǎng)系統(tǒng)后諧波電壓畸變率、節(jié)點電壓偏差，以 IEEE519-1992 諧波標(biāo)準(zhǔn)、 ANSIC84.1-2006 穩(wěn)態(tài)電壓標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)，評估電壓偏差與諧波約束下配網(wǎng)光伏最大滲透率。研究結(jié)果證明，光伏的最大滲透率主要與線路參數(shù)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有關(guān)，當(dāng)光伏的接入點與饋線首端距離越近時，滲透率也會相應(yīng)提升。關(guān)鍵詞分布式光伏；諧波約束；電壓偏差；最大滲透率根據(jù)傳統(tǒng)配電網(wǎng)絡(luò)的運行經(jīng)驗可知，在線路中重新接入分布式電源時， 很有可能對電力?送過程產(chǎn)生不良影響， 因此，如

2、何克服分布式電源給電力系統(tǒng)帶來的問題，是當(dāng)前電力企業(yè)必須思考與解決的問題。當(dāng)前針對分布式電源的研究案例較少，通常都以光伏系統(tǒng)為基礎(chǔ)，如EL 功率模型，以光伏并網(wǎng)逆變器為主要設(shè)備，設(shè)計出光伏并網(wǎng)體系等。本文以3個不同規(guī)模的三相不平衡配電網(wǎng)系統(tǒng)為例，即IEEE13 、IEEE123 、IEEE37 ，分析此 3 個系統(tǒng)基于電壓偏差與諧波約束下配網(wǎng)光伏的最大滲透率。1 電力系統(tǒng)中理論概念基礎(chǔ)分析1.1 光伏模型仿真模型使用三相不平衡潮流計算軟件OpenDSS軟件，光伏模型使用該軟件內(nèi)部平臺供應(yīng)的系統(tǒng)模型，光照的溫度、強(qiáng)度可決定光伏陣列輸出功率大小。計算諧波潮流時，需嚴(yán)格按照光伏并網(wǎng)接口特性（IEC

3、61727-2004 ）標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置不同次諧波的輸出參數(shù)，并利用潮流計算，計算出一天之內(nèi)負(fù)荷節(jié)點電壓偏差與電壓畸變率與光照溫度、強(qiáng)度之間的關(guān)系。1.2 諧波、電壓與光伏的關(guān)系基于仿真、諧波建模的角度分析，光伏是指往配電饋線位置輸入諧波的一種非線性負(fù)荷，在功率變換器的作用下，光伏會不斷產(chǎn)生出諧波電流，當(dāng)諧波電流數(shù)值過大時，配電系統(tǒng)電壓畸變率將會超過畸變限值。同時，將光伏接到配電網(wǎng)絡(luò)后，其雖然不會參與到電壓的調(diào)節(jié)過程，但因光伏會輸出有功功率，會直接轉(zhuǎn)變線路功率，進(jìn)而使得節(jié)點電壓發(fā)生變化，光伏的有功功率輸出越大，電壓變化也會越大。1.3 配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)在地電容不平衡、電力系統(tǒng)符合不平衡的情況下，會引

4、發(fā)三相不平衡的問題，受到配電系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不相同等因素的影響，光伏最大滲透率也會發(fā)生一定變化。本文選取的節(jié)點IEEE13 、 IEEE123 、 IEEE37 均來源于 IEEE 系統(tǒng)，其屬于多分支、多節(jié)點的樹狀型配電系統(tǒng)，包含不同種類的負(fù)荷，如三相、兩相負(fù)荷等。1.4 選取恰當(dāng)?shù)墓夥尤胛恢霉夥鼭B透率是指光伏總安裝容量與負(fù)荷峰值視在功率的比值，具體計算公式如下所示：光伏滲透率 =光伏總安裝容量/配電網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷峰值視在功率為研究配電系統(tǒng)中不同位置分布式光伏對于系統(tǒng)電能輸送的影響，應(yīng)先選定系統(tǒng)，并按照饋線電源與節(jié)點之間的距離，對負(fù)荷節(jié)點排序，利用輸電線路總長度，計算饋線首端與節(jié)點的距離，把

5、節(jié)點到饋線首端的最長、最短距離作為兩個端點，并劃分為 3 個均勻的區(qū)間，制定“首端” “中部” “末端”“隨機(jī)”“均勻” 5 個接入方案，把分布式光伏接入對應(yīng)的節(jié)點，并不斷提升光伏滲透率，仔細(xì)記錄負(fù)荷節(jié)點的諧波畸變率、節(jié)點電壓。2 研究案例本文以 3 個不同規(guī)模的三相不平衡配電網(wǎng)系統(tǒng)為例，即 IEEE13 、 IEEE123 、 IEEE37 ，在該 3 個節(jié)點處接入光伏，利用仿真系統(tǒng)計算出不同節(jié)點位置光伏運行中的諧波、電壓畸變率，并計算其最大值，直到最大值超過相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的限值。其中光伏最大滲透率的計算公式如下所示：其中： P 代表電壓偏差與諧波約束下光伏最大滲透率；P 代表電壓偏差約束下光伏最

6、大滲透率；P 代表諧波約束下光伏最大滲透率。2.1IEEE 測試系統(tǒng)13 節(jié)點研究結(jié)果IEEE 測試系統(tǒng) 13 節(jié)點僅有一個單相調(diào)壓器，放置在主電配電變壓器的下方，包括單相電容器與三相電容器，經(jīng)過仿真軟件處理后，發(fā)現(xiàn)IEEE 測試系統(tǒng)13 節(jié)點中，基于電壓偏差約束下配網(wǎng)光伏的最大滲透率均大于50.0%，諧波約束下光伏的最大滲透率均大于100.0%。2.2IEEE 測試系統(tǒng)123 節(jié)點研究結(jié)果IEEE 測試系統(tǒng) 123 節(jié)點中包含單相調(diào)壓器、 三相調(diào)壓器各 2 個，于饋線末端位置設(shè)置接地電容4 個，經(jīng)過仿真軟件處理后，發(fā)現(xiàn)IEEE 測試系統(tǒng)123 節(jié)點中，電壓偏差約束下的光伏最大滲透率均較小，諧

7、波約束下光伏的最大滲透率均超過 100.0% ，說明電壓偏差是影響光伏最大滲透率的重要因素。2.3IEEE 測試系統(tǒng)37 節(jié)點研究結(jié)果IEEE 測試系統(tǒng) 37 節(jié)點中包含單相調(diào)壓器2 個，均設(shè)置在變壓器下方， 沒有其他固定電容器，經(jīng)過仿真軟件處理后，發(fā)現(xiàn) IEEE 測試系統(tǒng)37 節(jié)點中， 電壓偏差約束下的光伏最大滲透率均超過100.0% ，諧波約束下的光伏最大滲透率比較小。從 IEEE13 、 IEEE123 、IEEE37 三個不同節(jié)點的實驗數(shù)據(jù)可知，不同系統(tǒng)的光伏最大滲透率差異較大，說明饋線結(jié)構(gòu)的不同、節(jié)點位置的不同均會影響到光伏最大滲透率。3 基于電壓偏差、諧波約束下光伏最大滲透率根據(jù)實

8、驗結(jié)果可知，如果考慮下游光伏出力與調(diào)壓器之間的關(guān)系，當(dāng)電壓偏差已經(jīng)超過極限時，可直接改變調(diào)壓器的抽頭值、 調(diào)整調(diào)壓器的補償阻抗，以增加光伏最大滲透率。從諧波約束的角度分析，末端位置的光伏最大滲透率均小于中部、首端位置，說明基于諧波約束下，光伏最大滲透率與饋線結(jié)構(gòu)有關(guān)系。4 結(jié)論綜上所述，本文以 3 個不同規(guī)模的三相不平衡配電網(wǎng)系統(tǒng)為例，于對應(yīng)的節(jié)點接入光伏電源，評估出電壓偏差與諧波約束下配網(wǎng)光伏最大滲透率，其具體的結(jié)論分為以下幾方面：首先，在配電網(wǎng)絡(luò)上接入一定容量的光伏，會直接對饋線諧波、電壓產(chǎn)生影響，電壓、諧波電壓畸變率與光伏容量呈現(xiàn)出正相關(guān)的關(guān)系；其次，電壓偏差與諧波約束下的配網(wǎng)光伏滲透率與饋線首端的距離有著密切聯(lián)系，