蘇 闊，郭 莉，李 欽，楊春宇

（1.國網(wǎng)吉林省電力有限公司電力科學(xué)研究院，長春 130021；2.國網(wǎng)延邊供電公司，吉林 延吉 133000）

近年來，太陽能光伏發(fā)電發(fā)展較為迅速，而吉林省目前光伏發(fā)電處于起步階段，陸續(xù)有分布式光伏發(fā)電項目并網(wǎng)。由于目前分布式光伏發(fā)電裝機(jī)容量很小，對地區(qū)電網(wǎng)的降損起到了積極的作用，但隨著越來越多的分布式光伏電源接入電網(wǎng)，并網(wǎng)的光伏電源將會對地區(qū)配電網(wǎng)的線損產(chǎn)生不可忽略的影響［1］。由于吉林省西部地區(qū)太陽能資源豐富，除西北部為大興安嶺東麓低山丘陵外，絕大部分地區(qū)在海拔200 m 以下，地勢平坦，是全省熱量最高的地區(qū)?？晒┨柲馨l(fā)電的土地資源約10 137km2，地理坡度為0.3%左右，是太陽能發(fā)電的理想選址［2］。本文以吉林省某地區(qū)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為例，分析了光伏電源在接入位置、接入容量及接入電壓等級這3個方面對吉林省西部某地區(qū)電網(wǎng)線損的影響。根據(jù)大量的理論計算結(jié)果，給出光伏并網(wǎng)的理論性建議。

1 光伏并網(wǎng)對地區(qū)電網(wǎng)線損的影響分析

光伏電源在接入地區(qū)電網(wǎng)之后，整個電網(wǎng)的潮流分布將發(fā)生變化，電網(wǎng)中功率的流向也不單是由饋線向負(fù)荷流動。從當(dāng)前的研究分析來看，接入地區(qū)電網(wǎng)的積極因素之一就是降低了地區(qū)電網(wǎng)的線損。假設(shè)線路上電壓均相同，忽略引入光伏電源后電壓的變化，推導(dǎo)光伏電源接入容量、接入位置與線損之間的關(guān)系［3］。光伏電源接入電網(wǎng)模型見圖1，接入一容量為PW＋jQW的光伏電源，R＋jX為線路總阻抗，k%為光伏電源接入位置到送端的距離占線路的百分比。

圖1 光伏電源接入電網(wǎng)模型圖

當(dāng)線路沒有接入光伏電源時，總線損為：

當(dāng)線路中有光伏電源的接入時：

式中：ΔP1為送端母線到光伏電站之間的線損損耗；ΔP2為光伏電站到首端母線之間的線路損耗。

所以，系統(tǒng)的總損耗為：

接入光伏電源后相對于沒有接入光伏電源的線損增量ΔPLOSS為：

由以上各式可以看出，光伏電源在接入配網(wǎng)以后對地區(qū)線損的影響主要體現(xiàn)在接入位置和接入容量上。由此可見，光伏電源的接入可能減少也可能增大地區(qū)電網(wǎng)的線損。線損的高低取決于光伏電源的接入位置、容量、電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及負(fù)荷分布［4］。

2 光伏電源接入地區(qū)電網(wǎng)的方案分析

吉林省西部某地區(qū)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見圖2。由圖2可看出，此地區(qū)為24節(jié)點(diǎn)的66kV 配電網(wǎng)絡(luò)，是典型的輻射型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，一共有2個電源輸出點(diǎn)，分別為節(jié)點(diǎn)1，節(jié)點(diǎn)2。其中節(jié)點(diǎn)1與220kV 主網(wǎng)相連，在以下的計算過程中均設(shè)置此節(jié)點(diǎn)為平衡節(jié)點(diǎn)；而節(jié)點(diǎn)2為H 風(fēng)電場，在計算中設(shè)置為PQ 節(jié)點(diǎn)。本地區(qū)共有7個直供用戶，分別接在節(jié)點(diǎn)5、6、11、16、18、20、24，理論線損計算日直供總負(fù)荷為24.399MW＋j12.55Mvar，其他節(jié)點(diǎn)均通過公用變壓器向下一電壓等級電網(wǎng)輸送電量。本配電網(wǎng)中，系統(tǒng)的理論計算日平均總負(fù)荷為65.091 MW＋j28.517 Mvar。吉林省某地區(qū)配電負(fù)荷分配結(jié)構(gòu)見圖3。

圖2 吉林省某地區(qū)配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

H 風(fēng)電場當(dāng)前接入容量為148.5 MW，預(yù)計2014年底裝機(jī)容量進(jìn)一步提升為198 MW。線損理論計算日24h的出力情況見圖4（以母線指向線路的方向為正方向）。

在理論計算日，系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不允許改變，影響電網(wǎng)線損的因素僅僅與負(fù)荷大小、電源出力有關(guān)。以下研究光伏的接入對地區(qū)配電網(wǎng)線損的影響。

圖3 吉林省某地區(qū)配電網(wǎng)負(fù)荷分配結(jié)構(gòu)圖

圖4 H風(fēng)電場理論計算日24 h出力情況

2.1 光伏電源在接入不同位置時

假設(shè)光伏并網(wǎng)的容量為15 MW，采用恒功率因數(shù)運(yùn)行模式，功率因數(shù)為0.9，平均出力率為50%?，F(xiàn)改變光伏電站的接入位置，進(jìn)而比較在不同的接入位置下地區(qū)電網(wǎng)的線損情況。為便于計算，忽略光伏電站聯(lián)絡(luò)線對于地區(qū)電網(wǎng)損耗的影響，假設(shè)各節(jié)點(diǎn)距離光伏電站相等，接入各個節(jié)點(diǎn)后地區(qū)電網(wǎng)的線損見表1。

表1中光伏電源接入節(jié)點(diǎn)1等同于在地區(qū)的配電網(wǎng)中沒有光伏電源的接入，此時的供電量為67.192 MW·h，地區(qū)電網(wǎng)的線損率為3.13%。當(dāng)光伏電站接入不同節(jié)點(diǎn)后，地區(qū)電網(wǎng)的線損率出現(xiàn)了不同幅度的升高或降低，其中最高線損率出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)20，最低線損率出現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)11。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)接在11母線的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷為10.564 MW，占總負(fù)荷的16.23%，而此時刻光伏電源的出力為7.5 MW，完全被就地消耗掉，在節(jié)點(diǎn)8、9、10線損率都比較低，雖然這幾個節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷都很小，但由于與節(jié)點(diǎn)11的電氣距離很近，光伏電源出力在地區(qū)電網(wǎng)的流動相對較少，因此地區(qū)線損率較低。

通過光伏接入電網(wǎng)不同的節(jié)點(diǎn)的結(jié)果分析，可以得出以下結(jié)論：

a.負(fù)荷分布、地區(qū)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、光伏電源的裝機(jī)容量及平均出力率直接影響了光伏電源的最佳接入點(diǎn)；

表1 光伏電源接入不同節(jié)點(diǎn)時地區(qū)電網(wǎng)的線損

b.地區(qū)的負(fù)荷率對光伏電源接入電網(wǎng)后系統(tǒng)線損的影響較大。光伏電源接入點(diǎn)一般選擇負(fù)荷率較高且距離負(fù)荷區(qū)較近的節(jié)點(diǎn)。

2.2 光伏電源在接入不同容量時

在光伏電源的接入容量對地區(qū)電網(wǎng)線損的影響方面，主要是從光伏電源此時為最大出力的角度分析。假設(shè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及負(fù)荷分布結(jié)構(gòu)不變，分析光伏電源的裝機(jī)容量與地區(qū)電網(wǎng)的關(guān)系。

光伏電源在不同接入容量下對地區(qū)電網(wǎng)線損的計算結(jié)果見圖5，其中光伏電源接入13節(jié)點(diǎn)。

圖5 光伏電源入接13節(jié)點(diǎn)時地區(qū)電網(wǎng)線損的計算結(jié)果

假設(shè)光伏電源處于滿發(fā)狀態(tài)，且接入位置為16，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及負(fù)荷分布結(jié)構(gòu)不變的情況下，分析光伏電源的裝機(jī)容量與地區(qū)電網(wǎng)的關(guān)系見圖6。

通過對圖5、圖6的分析及光伏電源注入其他節(jié)點(diǎn)的仿真結(jié)果，得到如下結(jié)論。

a.光伏電源接入地區(qū)電網(wǎng)后，在一定的并網(wǎng)容量范圍內(nèi)能夠降低地區(qū)電網(wǎng)的線損率，但光伏電源的容量過大也會增加電網(wǎng)的線損。通過對該地區(qū)光伏電源注入的仿真結(jié)果分析可得出：當(dāng)光伏電源容量小于地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷時，能夠減少地區(qū)電網(wǎng)的線損。

圖6 光伏電源接入16節(jié)點(diǎn)時地區(qū)電網(wǎng)線損的計算結(jié)果

b.光伏電源的注入，使得地區(qū)電網(wǎng)線損率最低，該時的容量可稱為并網(wǎng)最優(yōu)容量。最優(yōu)容量與地區(qū)電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、負(fù)荷結(jié)構(gòu)及大小密切相關(guān)。負(fù)荷越大，最優(yōu)容量越大，當(dāng)光伏電源注入節(jié)點(diǎn)與主網(wǎng)變壓器（即節(jié)點(diǎn)1）的電氣距離越近時，最優(yōu)容量越大。最優(yōu)容量近似等于注入節(jié)點(diǎn)所連線路的后續(xù)負(fù)荷總量。在一般情況下，并網(wǎng)最優(yōu)容量低于地區(qū)電網(wǎng)的負(fù)荷總和，通過對所有節(jié)點(diǎn)的仿真結(jié)果顯示，其范圍為地區(qū)負(fù)荷的20%～40%。

2.3 光伏電源在接入不同的電壓等級下

在保持網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變的情況下，光伏電源的接入位置定為節(jié)點(diǎn)18，接入容量為6 MW＋j1 Mvar，分析光伏電源在接入不同電壓等級下地區(qū)電網(wǎng)的線損率。保持電網(wǎng)的網(wǎng)架參數(shù)不變，但為了保證潮流計算均能收斂，負(fù)荷降低為原來的15%，為9.764 MW＋j4.277 Mvar。電壓等級選擇為10 kV、66kV 和220kV，計算結(jié)果見表2。

由表2的分析及光伏電源接入其他節(jié)點(diǎn)的仿真結(jié)果可以看出：在電網(wǎng)參數(shù)及網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變的情況下，光伏電源接入的配電網(wǎng)電壓等級越高，線損越?。灰虼撕侠磉x擇光伏電源接入電網(wǎng)的電壓等級，不僅可以實現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，還能夠把地區(qū)的電網(wǎng)損耗降到較低水平。

表2 光伏電源接入不同電壓等級對地區(qū)電網(wǎng)線損影響

3 結(jié)論

本文以吉林省某地區(qū)電網(wǎng)為例，分析了光伏電源在接入地區(qū)電網(wǎng)的電壓等級、容量及位置這三個方面對電網(wǎng)線損的影響，結(jié)論如下。

經(jīng)過理論計算，光伏電源在接入地區(qū)電網(wǎng)后，其最優(yōu)線損的選擇為：優(yōu)先選擇電壓等級最高的節(jié)點(diǎn)，接入節(jié)點(diǎn)盡可能靠近上一電壓等級變壓器側(cè)，且所接節(jié)點(diǎn)負(fù)荷的比重盡可能大，光伏電源的最優(yōu)容量大致占該地區(qū)負(fù)荷總量的20%～40%。

從地區(qū)電網(wǎng)線損的角度分析，只要光伏電源容量不是很大（遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于地區(qū)負(fù)荷），對電網(wǎng)的線損降低有較大的作用，從這個角度來看，發(fā)展光伏電源對地區(qū)電網(wǎng)有利。

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