趙洪潔

摘 要 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究工作對(duì)于分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行具有重要意義。本文首先對(duì)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)作出闡述，明確系統(tǒng)組成以及具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，然后利用軟件展開(kāi)模擬仿真分析工作，進(jìn)而明確電壓穩(wěn)定性影響因素，希望可以對(duì)業(yè)內(nèi)起到一定參考作用。

關(guān)鍵詞 分布式 光伏發(fā)電 并網(wǎng)系統(tǒng) 電壓穩(wěn)定性

中圖分類(lèi)號(hào)：TM615文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展進(jìn)程中，能源形勢(shì)嚴(yán)峻化現(xiàn)象日益嚴(yán)重，為保證人類(lèi)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定性，需要對(duì)可再生能源、清潔能源予以充分應(yīng)用。在此背景下，太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，現(xiàn)階段，該技術(shù)已經(jīng)成為太陽(yáng)能應(yīng)用的重要方式。

1分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)

1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)組成

光伏發(fā)電系統(tǒng)組成部分主要為匯流器、光伏電池板、蓄電池以及逆變器，通常情況下，單塊電池板并不能將電流、電壓直接提供至逆變器，無(wú)法讓用戶得到380/220V交流電，因此，通常采用串并聯(lián)方式連接光伏電池板，利用匯流器匯總光伏電池板發(fā)出電能，讓逆變器得到充足電能供給。與此同時(shí)，受運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)，輸出功率穩(wěn)定性可能會(huì)受到影響，因此，需要將儲(chǔ)能設(shè)備應(yīng)用在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，如電網(wǎng)、蓄電池，如果光伏電池輸出功率相對(duì)較高，那么利用蓄電池可以儲(chǔ)存多余能量，并在電網(wǎng)輸送。

1.2分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.2.1獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)

獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)具有運(yùn)行獨(dú)立性，一般情況下，該系統(tǒng)可以對(duì)邊緣地區(qū)供電，讓醫(yī)院冷藏系統(tǒng)、家電照明系統(tǒng)、供水系統(tǒng)等系統(tǒng)設(shè)備得到有效運(yùn)行，獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用可以讓邊遠(yuǎn)地區(qū)一直存在的供電問(wèn)題得到有效解決，但就目前來(lái)看，如果環(huán)境溫度發(fā)生變化、光照強(qiáng)度發(fā)生改變，其輸出特性可能會(huì)有變化存在，其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性可能會(huì)受到影響。需要對(duì)其制定定期維護(hù)策略，因此，該系統(tǒng)所需維護(hù)投入成本相對(duì)較高。

1.2.2并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)

并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)可以和電網(wǎng)互相連接，可以讓電網(wǎng)得到電能輸送，現(xiàn)階段，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)同樣得到了廣泛應(yīng)用。利用匯流設(shè)備，光伏陣列可以轉(zhuǎn)移至逆變器，逆變器可以轉(zhuǎn)換光伏所發(fā)電能為接入點(diǎn)公用電網(wǎng)一致頻率、電壓以及相位電能。在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，需要保證逆變器具有電能形式轉(zhuǎn)換功能，同時(shí)應(yīng)具有防逆流功能、防孤島功能。在光伏電站中，需要根據(jù)接入點(diǎn)差異性將其劃分為差異化電壓等級(jí)接入方式以及多途徑發(fā)電方式。和獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)相比，并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備及控制系統(tǒng)要求相對(duì)較高，在并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池主要為公用電網(wǎng)，并網(wǎng)光伏系統(tǒng)的建設(shè)可以讓光伏電站建設(shè)成本得以降低。

2分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性研究

分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性主要指的是分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)在受到小擾動(dòng)、大擾動(dòng)后，系統(tǒng)電壓依然可以維持、恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，不會(huì)有電壓崩潰情況產(chǎn)生。系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性直接決定了并網(wǎng)系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備運(yùn)行正常性。通常情況下，就380V三相異步電動(dòng)機(jī)而言，其工作電壓需要保證在額定電壓？%范圍，如果電動(dòng)機(jī)超過(guò)此范圍運(yùn)行，就會(huì)產(chǎn)生繞組過(guò)熱現(xiàn)象，如果此現(xiàn)象較為嚴(yán)重，就會(huì)出現(xiàn)燒毀情況。

2.1模型構(gòu)建

在本文中，主要利用PSCAD/EMTDC電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真軟件構(gòu)建分布式光伏電源接入低壓配電網(wǎng)模型，在具體應(yīng)用中，使用軟件標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中無(wú)光伏陣列元件，可以利用模型開(kāi)展仿真分析工作。在發(fā)電系統(tǒng)模型并網(wǎng)接線中，L1電阻、L2電阻分別為0.032 、0.064 ，電感分別為0.00016H、0.00032H。在配電網(wǎng)系統(tǒng)中，其終點(diǎn)電壓是0.4kV。在三相光伏發(fā)電系統(tǒng)中，主要構(gòu)成部分為Boost升壓電路、光伏陣列以及逆變器，使用擾動(dòng)觀測(cè)法，應(yīng)用最大功率點(diǎn)跟蹤可以控制逆變器有功功率，可以讓電池工作保持在最大功率點(diǎn)，讓光伏有功處理波動(dòng)性得以減少。

光伏電源與配電網(wǎng)是負(fù)荷消耗有功功率、無(wú)功功率的主要來(lái)源，設(shè)負(fù)荷單相額定有功功率為P0、無(wú)功功率為Q0;負(fù)荷電壓為V;負(fù)荷額定電壓為V0;有功功率-電壓指標(biāo)、無(wú)功功率—電壓指標(biāo)分別為NP、NQ;有功功率-頻率指標(biāo)、無(wú)功功率-頻率指標(biāo)為KPF、KQF。那么功率表達(dá)公式為：

結(jié)合公式（1），在本文中，主要為恒定功率模型，即NP、NQ、KPF、KQF為0。

2.2仿真分析

2.2.1負(fù)荷P-V曲線

在系統(tǒng)中，設(shè)定1500W/m2光照強(qiáng)度與30℃環(huán)境溫度，恒定0.85負(fù)荷功率因數(shù)，Q為0.62P。通過(guò)對(duì)負(fù)荷額定有功功率值予以增大，利用PSCAD開(kāi)展動(dòng)態(tài)仿真工作，并對(duì)數(shù)據(jù)信息予以記錄，可以得到相應(yīng)的的負(fù)荷P-V曲線。伴隨著負(fù)荷有功功率的提升，可以發(fā)現(xiàn)電壓逐漸降低。而在電壓小于額定電壓80%的條件下，可以發(fā)現(xiàn)負(fù)荷恒定功率模型向恒定阻抗模型自動(dòng)轉(zhuǎn)化，恒定阻抗負(fù)荷并沒(méi)有電壓穩(wěn)定異?，F(xiàn)象。在有功功率是0.161MW時(shí)，在實(shí)際消耗中，三相有功功率與電壓分別為0.485MW、342V。在符合額定有功功率超過(guò)額定電壓90%后，整體系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性會(huì)受到不利影響。

2.2.2環(huán)境溫度變化

在保證光照強(qiáng)度變化等系統(tǒng)條件一致下，在系統(tǒng)得以運(yùn)行后，從30℃環(huán)境溫度提升至50℃環(huán)境溫度，可以得到光伏電源有功出力與負(fù)荷母線電壓變化曲線情況，如圖1所示。

通過(guò)對(duì)此情況進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)光伏電源有功出力會(huì)受到溫度變化的影響，其具體影響表現(xiàn)為有功出力減小，但就負(fù)荷母線電壓而言，其并沒(méi)有受到溫度變化的影響。

2.2.3光照強(qiáng)度變化

在系統(tǒng)運(yùn)行中，設(shè)定負(fù)荷額定功率與電壓穩(wěn)定限定值接近，設(shè)定1500W/m2的光照強(qiáng)度與0.15MW的單相額定有功功率，并設(shè)定30℃環(huán)境溫度，在系統(tǒng)得到穩(wěn)定運(yùn)行后，可以測(cè)定發(fā)現(xiàn)其具有345.6V的負(fù)荷電壓。在具體運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度突然降低至0，通過(guò)觀察負(fù)荷母線電壓與光伏有功出力變化曲線，可以發(fā)現(xiàn)光伏電源有功出力突然降低至0，負(fù)荷母線電壓降低，在配電網(wǎng)支持下，其電壓得以恢復(fù)，約在339V保持穩(wěn)定。若是太陽(yáng)光照恢復(fù)不及時(shí)，考量到339V要比額定電壓90%數(shù)值小，那么依照電壓失穩(wěn)實(shí)用判據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)負(fù)荷母線電壓有失穩(wěn)情況，無(wú)法讓用電設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性得到保證。

2.2.4短路故障情況

為探究電壓穩(wěn)定性受到短路故障的影響，在系統(tǒng)中可以設(shè)定光照強(qiáng)度變化與其他各個(gè)條件一致，現(xiàn)設(shè)定在系統(tǒng)運(yùn)行2S后，設(shè)定負(fù)荷母線A相有瞬時(shí)單相接地短路現(xiàn)象出現(xiàn)，其短路故障有0.05s持續(xù)時(shí)間，對(duì)負(fù)荷母線電壓以及光伏電源有功出力情況變化進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在短路故障出現(xiàn)時(shí)，在故障期間內(nèi)，光伏電源有功出力短暫激增，在故障消除后，有功出力也變得正常，但和故障發(fā)生前相比，其出力有降低現(xiàn)象。就負(fù)荷母線電壓而言，在故障期間內(nèi)，其電壓跌至0.292kV，在故障消除后，電壓得以迅速恢復(fù)，和故障前基本一致。在仿真測(cè)試中，發(fā)現(xiàn)即使三相短路十分嚴(yán)重，負(fù)荷電壓穩(wěn)定性的恢復(fù)速度依然相對(duì)較高。

2.3結(jié)果討論

結(jié)合上文，通過(guò)模型構(gòu)建與仿真分析，可以得出結(jié)果為：

（1）利用P-V曲線，可發(fā)現(xiàn)負(fù)荷電壓與負(fù)荷有功功率具有反比關(guān)系，功率上升、電壓下降，可以讓電壓穩(wěn)定限定值條件下負(fù)荷額定功率值得出，利用此功率值，可以對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷投入進(jìn)行有效安排;

（2）負(fù)荷母線電壓以及光伏電源有功出力會(huì)受到環(huán)境溫度變化的影響;

（3）在電壓穩(wěn)定限定值接近處設(shè)置負(fù)荷電壓時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行中，光照強(qiáng)度如果突然降低至0，那么光伏電源不會(huì)有有功功率發(fā)出，因配電網(wǎng)的支撐作用，負(fù)荷母線電壓可以得到有效恢復(fù)，但是其恢復(fù)后電壓值要比電壓穩(wěn)定限定值低，依照具體數(shù)據(jù)信息，發(fā)現(xiàn)設(shè)備不能保持最初完全正常工作狀態(tài)，負(fù)荷電壓穩(wěn)定性會(huì)受到影響;

（4）在系統(tǒng)有短路故障出現(xiàn)時(shí)，分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)中短路故障消除后，負(fù)荷母線電壓可以得到迅速恢復(fù)，由此可以判定，針對(duì)短路故障，系統(tǒng)本身具有較強(qiáng)的穩(wěn)定電壓能力。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)構(gòu)建模型、仿真分析，可以發(fā)現(xiàn)分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)電壓受到短路故障影響相對(duì)較小，而受到環(huán)境溫度變化影響、光照強(qiáng)度變化影響較大，因此，在日后的光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)研究中，需要對(duì)此類(lèi)內(nèi)容的研究工作予以高度重視，保證系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)性。

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