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        分布式可再生能源接入對(duì)配電網(wǎng)電壓分布的影響分析

        2018-05-05 08:39:14李宏基劉成功陳卓鋒高怡芳
        機(jī)電工程技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:首端接入點(diǎn)饋線

        李宏基,鄭 偉,劉成功,陳卓鋒,高怡芳

        0 引言

        隨著能源危機(jī)的出現(xiàn)及可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,分布式可再生能源作為一種新型的能源利用方式,在配電網(wǎng)中的應(yīng)用越來越廣泛[1-3]。

        風(fēng)電、光伏等分布式可再生能源接入配電網(wǎng)后,由于其出力的間歇性、隨機(jī)性及不確定性,對(duì)配電網(wǎng)的電壓、網(wǎng)損、供電可靠性等將產(chǎn)生影響。文獻(xiàn)[4]介紹了分布式電源的特點(diǎn),并分析其對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行的影響;文獻(xiàn)[5-6]分別對(duì)含分布式電源的配電網(wǎng)可靠性以及電能質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估;文獻(xiàn)[7]對(duì)分布式發(fā)電接入配電系統(tǒng)后所產(chǎn)生的影響進(jìn)行了研究和評(píng)估,提出了一系列量化指標(biāo);文獻(xiàn)[8]對(duì)不同類型分布式電源接入輻射型配電網(wǎng)絡(luò)前后對(duì)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓的影響進(jìn)行了分析;文獻(xiàn)[9]分析了光伏并網(wǎng)后對(duì)電壓質(zhì)量的影響;文獻(xiàn)[10]分析了小水電在枯水期及豐水期時(shí)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行電壓的影響。上述文獻(xiàn)沒有專門對(duì)線路電壓分布進(jìn)行展示分析。

        本文通過對(duì)分布式可再生能源接入配電網(wǎng)后的電壓情況進(jìn)行理論分析,并結(jié)合算例仿真,對(duì)不同接入位置、不同接入數(shù)量及不同接入容量狀態(tài)下線路電壓分布情況進(jìn)行分析,分別展示不同狀態(tài)下線路電壓分布情況。

        1 理論分析

        圖1 單分布式可再生能源接入配電網(wǎng)的簡化示意圖

        圖1 為單個(gè)分布式可再生能源接入配電網(wǎng)的簡化示意圖。網(wǎng)絡(luò)共有n個(gè)節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)i上的負(fù)荷為PLi+jQLi,;線路Li上的阻抗為Ri+jXi;饋線首端為該網(wǎng)絡(luò)的平衡節(jié)點(diǎn),即電壓幅值恒定,為V0,節(jié)點(diǎn)i的電壓幅值為Vi;可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)p,其輸出功率為PDG+jQDG。以下分析忽略各線路上的功率損耗。

        (1)分布式可再生能源接入配電網(wǎng)前,節(jié)點(diǎn)k與節(jié)點(diǎn)(k-1)電壓之間的關(guān)系:

        一般地,可忽略電壓降落橫分量的影響,同時(shí),由于配電網(wǎng)用戶側(cè)功率因數(shù)一般處于0.95左右,因此也可認(rèn)為,則式(2)可近似表示為:

        由于網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷消耗的有功功率和無功功率皆為正值,即PLi>0,QLi>0,因此,存在 ΔVk>0 ,即分布式可再生能源接入配電網(wǎng)前,網(wǎng)絡(luò)電壓分布規(guī)律是自饋線首端起,各節(jié)點(diǎn)電壓依次降低,且任一節(jié)點(diǎn)k電壓可表示為:

        (2)分布式可再生能源接入配電網(wǎng)后,處于光伏并網(wǎng)點(diǎn)p點(diǎn)之前的節(jié)點(diǎn)k電壓分布情況,即此時(shí)存在0<k<p,則節(jié)點(diǎn)k電壓可表示為:

        此時(shí)節(jié)點(diǎn)k和節(jié)點(diǎn)(k-1)電壓之間的關(guān)系可表示如下:

        (3)分布式可再生能源接入配電網(wǎng)后,處于光伏并網(wǎng)點(diǎn)p點(diǎn)之后的節(jié)點(diǎn)k電壓分布情況,即此時(shí)存在p<k<n,則節(jié)點(diǎn)k電壓可表示為:

        此時(shí)節(jié)點(diǎn)k和節(jié)點(diǎn)(k-1)電壓之間的關(guān)系可表示如下:

        顯然存在ΔVk>0,即此時(shí)節(jié)點(diǎn)(k-1)電壓比節(jié)點(diǎn)k電壓高。

        2 仿真模型

        10 kV線路仿真如圖2所示。線路在主干上共設(shè)置了A~I(xiàn)九個(gè)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)。線路主干型號(hào)LGJ-150,長度9 km,各節(jié)點(diǎn)之間等間距。線路裝接的支路配變總?cè)萘繛? 590 kVA,各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷均勻分布。

        圖2 10 kV線路仿真模型

        3 仿真分析

        本文主要借助仿真軟件,分別對(duì)分布式可再生能源不同接入位置、不同接入數(shù)量及不同滲透率下的線路進(jìn)行潮流仿真計(jì)算,并對(duì)其電壓分布情況進(jìn)行分析。

        3.1 接入位置對(duì)電壓分布的影響

        3.1.1 單個(gè)接入點(diǎn)

        同一滲透率(66.67%)下,分別將分布式可再生能源接入線路各主干節(jié)點(diǎn),得到的線路電壓分布趨勢分別如圖3所示。

        圖3 接入位置對(duì)線路電壓分布的影響(單點(diǎn)接入)

        (1)分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)在線路前端,線路電壓沿線下降,但總體呈現(xiàn)兩種趨勢:①接入點(diǎn)靠近線路首端,自饋線首端起,節(jié)點(diǎn)電壓分布呈現(xiàn)依次平滑降低的規(guī)律,但各節(jié)點(diǎn)電壓與未接入前相比均有一定程度的升高;②接入點(diǎn)為非線路首端,饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)與并網(wǎng)點(diǎn)至線路末端呈現(xiàn)兩種不同的降低趨勢,饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)間線路電壓降低較平滑,并網(wǎng)點(diǎn)至饋線末端線路電壓降低較快。

        (2)分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)在線路后端,自饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)線路電壓呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢,而并網(wǎng)點(diǎn)之后的電壓依次降低,因此分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)成為局部電壓最高點(diǎn)。

        3.1.2 多個(gè)接入點(diǎn)(以兩個(gè)為例)

        當(dāng)一回10 kV線路不只一個(gè)分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)時(shí)(以兩個(gè)為例),同一滲透率不同接入位置情況下,線路電壓分布存在以下幾種情況,如圖4所示。

        (1)自饋線首端起,線路節(jié)點(diǎn)電壓分布沿線降低,但存在兩個(gè)“拐點(diǎn)”,電壓下降趨勢呈三段式,饋線首端為線路電壓最高點(diǎn)。

        圖4 接入位置對(duì)線路電壓分布的影響(兩點(diǎn)接入)

        (2)自饋線首端至第一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)電壓呈下降趨勢,兩個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)之間線路節(jié)點(diǎn)電壓呈先下降后上升的趨勢,第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)后電壓依次降低,饋線首端仍為線路電壓最高點(diǎn)。

        (3)自饋線首端至第一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)、兩個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)之間線路節(jié)點(diǎn)電壓均呈先下降后上升的趨勢,第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)后電壓依次降低,第一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)為線路電壓最高點(diǎn),第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)為局部電壓最高點(diǎn)。

        (4)自饋線首端至第一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn),線路節(jié)點(diǎn)電壓均呈先下降后上升的趨勢,兩個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)間線路節(jié)點(diǎn)電壓呈上升趨勢,第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)后電壓依次降低,第二個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)為線路電壓最高點(diǎn)。

        3.2 接入容量對(duì)電壓分布的影響

        分布式可再生能源接入同一位置(以D點(diǎn)為例),不同滲透率下線路電壓分布如圖5所示。

        圖5 接入容量對(duì)線路電壓分布的影響

        (1)分布式可再生能源接入后,線路各節(jié)點(diǎn)電壓均有提高。隨著分布式可再生能源滲透率的增大,電壓抬升效果更明顯。

        (2)不同分布式可再生能源滲透率下,線路電壓分布可分為四種情況:

        1)自饋線首端起,節(jié)點(diǎn)電壓分布依舊呈現(xiàn)依次平滑降低的規(guī)律,但各節(jié)點(diǎn)電壓與未接入前相比均有一定程度的升高;

        2)自饋線首端起,節(jié)點(diǎn)電壓分布呈現(xiàn)依次降低的規(guī)律,饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)與并網(wǎng)點(diǎn)至線路末端呈現(xiàn)兩種不同的降低趨勢,饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)間線路電壓降低較平滑,并網(wǎng)點(diǎn)至饋線末端線路電壓降低較快;

        3)饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)間電壓呈先降低后升高的趨勢,而并網(wǎng)點(diǎn)之后的電壓依次降低,分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)為局部電壓最高點(diǎn);

        4)饋線首端至并網(wǎng)點(diǎn)間電壓呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢,而并網(wǎng)點(diǎn)之后的電壓依次降低,分布式可再生能源并網(wǎng)點(diǎn)為線路電壓最高點(diǎn)。

        4 結(jié)論

        (1)分布式可再生能源接入10 kV線路后,改變了線路沿線電壓變化的趨勢,線路電壓不再是沿線降低,線路電壓最高點(diǎn)也可能為分布式可再生能源接入點(diǎn)。

        (2)分布式可再生能源接入位置直接影響線路電壓變化趨勢,接入點(diǎn)越靠近首端,影響程度越小,接入點(diǎn)越靠近末端,對(duì)線路電壓變化的影響程度越大。

        (3)線路電壓變化趨勢的拐點(diǎn)數(shù)量與分布式可再生能源接入數(shù)量相等。

        (4)分布式可再生能源的滲透率直接影響線路電壓的變化趨勢,滲透率越高,對(duì)線路電壓變化的影響程度越大。

        參考文獻(xiàn):

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