盧紹群+龔根平

摘要本文以三相不平衡的電網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，于對(duì)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(diǎn)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(píng)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(diǎn)與饋線首端距離越近時(shí)，滲透率也會(huì)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，在線路中重新接入分布式電源時(shí)，很有可能對(duì)電力輸送過程產(chǎn)生不良影響，因此，如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(duì)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(jì)出光伏并網(wǎng)體系等。本文以3個(gè)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(gè)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(jì)算軟件——OpenDSS軟件，光伏模型使用該軟件內(nèi)部平臺(tái)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(jì)算諧波潮流時(shí)，需嚴(yán)格按照光伏并網(wǎng)接口特性（IEC 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(jì)算，計(jì)算出一天之內(nèi)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)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(huì)不斷產(chǎn)生出諧波電流，當(dāng)諧波電流數(shù)值過大時(shí)，配電系統(tǒng)電壓畸變率將會(huì)超過畸變限值。同時(shí)，將光伏接到配電網(wǎng)絡(luò)后，其雖然不會(huì)參與到電壓的調(diào)節(jié)過程，但因光伏會(huì)輸出有功功率，會(huì)直接轉(zhuǎn)變線路功率，進(jìn)而使得節(jié)點(diǎn)電壓發(fā)生變化，光伏的有功功率輸出越大，電壓變化也會(huì)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(huì)引發(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(huì)發(fā)生一定變化。本文選取的節(jié)點(diǎn)IEEE13、IEEE123、IEEE37均來源于IEEE系統(tǒng)，其屬于多分支、多節(jié)點(diǎn)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?/p>

光伏滲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(jì)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(duì)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(diǎn)之間的距離，對(duì)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)排序，利用輸電線路總長度，計(jì)算饋線首端與節(jié)點(diǎn)的距離，把節(jié)點(diǎn)到饋線首端的最長、最短距離作為兩個(gè)端點(diǎn)，并劃分為3個(gè)均勻的區(qū)間，制定“首端”“中部”“末端”“隨機(jī)”“均勻”5個(gè)接入方案，把分布式光伏接入對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，并不斷提升光伏滲透率，仔細(xì)記錄負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的諧波畸變率、節(jié)點(diǎn)電壓。

2研究案例

本文以3個(gè)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(gè)節(jié)點(diǎn)處接入光伏，利用仿真系統(tǒng)計(jì)算出不同節(jié)點(diǎn)位置光伏運(yùn)行中的諧波、電壓畸變率，并計(jì)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(jì)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大滲透率；

P代表諧波約束下光伏最大滲透率。

2.1IEEE測(cè)試系統(tǒng)13節(jié)點(diǎn)研究結(jié)果

IEEE測(cè)試系統(tǒng)13節(jié)點(diǎn)僅有一個(gè)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(cè)試系統(tǒng)13節(jié)點(diǎn)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(cè)試系統(tǒng)123節(jié)點(diǎn)研究結(jié)果

IEEE測(cè)試系統(tǒng)123節(jié)點(diǎn)中包含單相調(diào)壓器、三相調(diào)壓器各2個(gè)，于饋線末端位置設(shè)置接地電容4個(gè)，經(jīng)過仿真軟件處理后，發(fā)現(xiàn)IEEE測(cè)試系統(tǒng)123節(jié)點(diǎn)中，電壓偏差約束下的光伏最大滲透率均較小，諧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(cè)試系統(tǒng)37節(jié)點(diǎn)研究結(jié)果

IEEE測(cè)試系統(tǒng)37節(jié)點(diǎn)中包含單相調(diào)壓器2個(gè)，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(cè)試系統(tǒng)37節(jié)點(diǎn)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(gè)不同節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)位置的不同均會(huì)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(shí)驗(yàn)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(shí)，可直接改變調(diào)壓器的抽頭值、調(diào)整調(diào)壓器的補(bǔ)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(gè)不同規(guī)模的三相不平衡配電網(wǎng)系統(tǒng)為例，于對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)接入光伏電源，評(píng)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(huì)直接對(duì)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，越接近饋線首端時(shí)，光伏滲透率會(huì)越大，因此，在設(shè)置光伏接入位置時(shí)，可考慮靠近變壓器一側(cè)；最后，受到配網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同，最大光伏滲透率的約束條件也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，電網(wǎng)研究人員應(yīng)根據(jù)諧波與電壓的約束條件，處理好光伏滲透率，確保電能輸送的順利進(jìn)行。