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        分布式光伏并網(wǎng)對(duì)10 kV 城市配電網(wǎng)線損的影響研究

        2023-11-10 06:41:32
        關(guān)鍵詞:非技術(shù)損率線損

        王 玨

        (國(guó)網(wǎng)黃石供電公司, 湖北 黃石 435000)

        0 引言

        城市配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保障電力供應(yīng)至關(guān)重要。傳統(tǒng)的城市配電網(wǎng)面臨著線損率較高和能源消耗較大等問(wèn)題。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)通過(guò)將光能轉(zhuǎn)化為電能,實(shí)現(xiàn)了分散式發(fā)電,并可與城市配電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行[1]。通過(guò)評(píng)估分布式光伏并網(wǎng)對(duì)線損的影響程度,為優(yōu)化城市配電網(wǎng)的管理和運(yùn)行提供參考。

        1 城市配電網(wǎng)線損的定義和計(jì)算

        1.1 線損的概念

        在城市配電網(wǎng)中,線路輸電過(guò)程中會(huì)存在一定的能量損耗,稱(chēng)為線損。線損可分為技術(shù)線損和非技術(shù)線損。技術(shù)線損是由電力系統(tǒng)中的電阻、電感和電容等元件引起的正常損耗,損耗大小取決于電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載水平和線路特性等因素。非技術(shù)線損是指不正常的電能損耗,由非法操作、電能盜竊、計(jì)量誤差、設(shè)備故障和電能質(zhì)量問(wèn)題等原因引起,對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益造成嚴(yán)重影響,需要通過(guò)有效的管理和監(jiān)測(cè)來(lái)控制和減少[2]。

        1.2 線損的計(jì)算

        1.2.1 技術(shù)線損的計(jì)算公式

        技術(shù)線損主要由導(dǎo)線電阻、變壓器銅損、線路中的電感和電容等元件引起。技術(shù)線損的計(jì)算公式如下:

        線路功率損耗(Ploss):

        式中:Ploss為線路功率損耗;I為電流;R為線路電阻。

        變壓器銅損(PCu):

        式中:PCu為變壓器銅損;I為變壓器的負(fù)載電流;RCu為變壓器的電阻。

        線路電感損耗(Pind):

        式中:Pind為線路電感損耗;I為電流;Xind為線路的電感阻抗。

        線路電容損耗(Pcap):

        式中:Pcap為線路電容損耗;I為電流;Xcap為線路的電容阻抗。

        總的技術(shù)線損可以通過(guò)將上述各項(xiàng)功率損耗相加來(lái)計(jì)算。

        1.2.2 非技術(shù)線損的計(jì)算公式

        非技術(shù)線損是由非法操作、電能盜竊、計(jì)量誤差、設(shè)備故障和電能質(zhì)量問(wèn)題等因素引起的損耗。由于非技術(shù)線損的來(lái)源和類(lèi)型多樣,其計(jì)算方法因情況而異。非技術(shù)線損的計(jì)算公式如下:

        非技術(shù)線損的百分比(NLoss):

        式中:NLoss為非技術(shù)線損的百分比;Eout為輸出的電能量;Ein為輸入的電能量。

        計(jì)量誤差引起的非技術(shù)線損(NLossmetering):

        式中:NLossmetering為計(jì)量誤差引起的非技術(shù)線損;Eout為輸出的電能量;Kmetering為計(jì)量誤差系數(shù)。

        設(shè)備故障引起的非技術(shù)線損(NLossfault)

        式中:NLossfault為設(shè)備故障引起的非技術(shù)線損;Eout為輸出的電能量;Kfault為設(shè)備故障系數(shù)。

        電能盜竊引起的非技術(shù)線損(NLosstheft):

        式中:NLosstheft為電能盜竊引起的非技術(shù)線損;Eout為輸出的電能量;Ktheft為電能盜竊系數(shù)。

        總的非技術(shù)線損可以通過(guò)將上述各項(xiàng)損耗相加來(lái)計(jì)算。

        2 分布式光伏并網(wǎng)對(duì)線損的影響

        2.1 對(duì)技術(shù)線損的影響

        2.1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)對(duì)線損的影響

        光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)是衡量系統(tǒng)有功功率和視在功率之間關(guān)系的參數(shù)。功率因數(shù)是一個(gè)介于0和1 之間的值,接近1 表示系統(tǒng)具有較高的有功功率,而接近0 表示系統(tǒng)具有較高的無(wú)功功率[3]。光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)線損的影響主要包括功率因數(shù)改變引起的導(dǎo)線電阻損耗和變壓器銅損耗。

        當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低時(shí)(接近0),系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較高的無(wú)功功率,導(dǎo)致導(dǎo)線的電阻損耗增加。這會(huì)導(dǎo)致在輸送電能的過(guò)程中出現(xiàn)更多的能量損耗,從而增加技術(shù)線損的程度。

        另外,功率因數(shù)低的光伏發(fā)電系統(tǒng)還會(huì)對(duì)變壓器產(chǎn)生影響。變壓器的銅損耗與系統(tǒng)的有功功率成正比,當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低時(shí),變壓器的銅損耗也會(huì)增加,進(jìn)一步增加了線損的程度。

        光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)對(duì)技術(shù)線損有顯著影響,為了減少線損,光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)逆變器控制,保持功率因數(shù)接近1,從而最大限度地減少導(dǎo)線電阻損耗和變壓器銅損耗。

        2.1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電壓穩(wěn)定性的影響

        光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入會(huì)引入額外的無(wú)功功率,并可能導(dǎo)致電壓波動(dòng)和電壓不穩(wěn)定。

        在光照強(qiáng)度變化較大的情況下,光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會(huì)產(chǎn)生明顯的波動(dòng)。當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率突然增加時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致電壓升高。反之,當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率突然減小時(shí),可能會(huì)導(dǎo)致電壓降低。這種電壓波動(dòng)可能會(huì)超出配電網(wǎng)的設(shè)定范圍,導(dǎo)致電壓不穩(wěn)定或不合格。

        2.2 對(duì)非技術(shù)線損的影響

        2.2.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量的影響

        光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入對(duì)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生一定的影響,主要包括電壓波動(dòng)、電壓偏差和電壓不平衡。首先,光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率會(huì)隨著太陽(yáng)輻射的變化而波動(dòng),直接影響到電網(wǎng)的電壓,導(dǎo)致電壓的瞬時(shí)波動(dòng)。其次,由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入,可能會(huì)導(dǎo)致電壓偏差,導(dǎo)致電壓超出標(biāo)稱(chēng)范圍[4]。此外,光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入也可能導(dǎo)致電網(wǎng)的電壓不平衡,進(jìn)而影響到電網(wǎng)其他用戶的電壓質(zhì)量。

        2.2.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)諧波的影響

        光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)接入還可能對(duì)電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響,諧波是指電網(wǎng)中頻率是基波頻率的整數(shù)倍的非基波電壓和電流成分。光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器通常采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù),其輸出電壓和電流具有較高的頻譜含量,這些頻譜含量可能包含諧波成分,將這些諧波注入到電網(wǎng)中,可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)的諧波電壓增加,從而影響電網(wǎng)的諧波水平。高水平的諧波電壓可能導(dǎo)致其他電網(wǎng)設(shè)備的諧波電流增加,進(jìn)而影響電網(wǎng)的諧波傳輸和供電質(zhì)量。

        3 研究方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)置

        3.1 數(shù)據(jù)收集和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

        本研究選擇了某城市的10 kV 配電網(wǎng)進(jìn)行觀察和測(cè)量。收集了該配電網(wǎng)的線損數(shù)據(jù)、光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)、電網(wǎng)電壓和諧波數(shù)據(jù)等,如表1 所示。

        表1 配電網(wǎng)具體參數(shù)

        3.2 城市配電網(wǎng)規(guī)模和分布式光伏系統(tǒng)容量的選擇

        在實(shí)驗(yàn)中,對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行有無(wú)光伏發(fā)電系統(tǒng)的比較。同時(shí),比較不同光伏逆變器功率因數(shù)和諧波畸變率的情況下對(duì)配電網(wǎng)的影響。

        為更好地比較有無(wú)光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)線損的影響,分別測(cè)試在相同負(fù)荷下兩種情況下的線損率,計(jì)算其技術(shù)線損和非技術(shù)線損的具體值。計(jì)算公式如下:

        通過(guò)實(shí)驗(yàn),分析分布式光伏并網(wǎng)對(duì)城市配電網(wǎng)線損的影響,并探討其對(duì)電網(wǎng)電壓質(zhì)量和諧波的影響。

        4 結(jié)果與討論

        4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)

        根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和分析,得出以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

        1)光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)技術(shù)線損的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)的情況下,技術(shù)線損率較無(wú)光伏系統(tǒng)情況下有所增加,無(wú)光伏系統(tǒng)技術(shù)線損率為5%,光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后技術(shù)線損率為7%。對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出,光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)導(dǎo)致技術(shù)線損率增加了2 個(gè)百分點(diǎn)。

        2)光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)非技術(shù)線損的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,非技術(shù)線損率在光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后有所下降,無(wú)光伏系統(tǒng)非技術(shù)線損率為10%,光伏系統(tǒng)并網(wǎng)后非技術(shù)線損率為8%。通過(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)可知,光伏系統(tǒng)的并網(wǎng)對(duì)非技術(shù)線損率產(chǎn)生了顯著的改善效果,降低了2 個(gè)百分點(diǎn)。

        綜合分析可知,光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)對(duì)城市配電網(wǎng)的線損產(chǎn)生了一定的影響。技術(shù)線損率有所增加,而非技術(shù)線損率有所下降。這表明光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)的功率流動(dòng)和電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定的影響,如表2 所示。

        表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

        通過(guò)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率因數(shù)和諧波畸變率也對(duì)線損產(chǎn)生了一定的影響。在實(shí)驗(yàn)中,觀察到功率因數(shù)和諧波畸變率的變化會(huì)進(jìn)一步影響光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)效果以及對(duì)線損的影響程度。

        4.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的定量分析和解釋

        對(duì)于技術(shù)線損率的增加,可以解釋為光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)引入了新的電源,增加了配電網(wǎng)的負(fù)載,從而導(dǎo)致了額外的線路損耗。這可能是由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率輸出和電網(wǎng)負(fù)載之間存在功率匹配不完全的情況,導(dǎo)致了一定程度的能量損失。

        而非技術(shù)線損率的降低可以解釋為光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)提供了穩(wěn)定的電源,減少了電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷對(duì)電壓的波動(dòng)和諧波產(chǎn)生的影響,進(jìn)一步減少了非技術(shù)線損的產(chǎn)生。

        5 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知,分布式光伏并網(wǎng)可以顯著減少城市配電網(wǎng)的技術(shù)線損和總線損,功率因數(shù)越高,線損越小。應(yīng)保持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定,控制諧波畸變率在合理范圍內(nèi)。分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)在城市配電網(wǎng)中具有顯著的優(yōu)勢(shì)和潛力,可以提高配電網(wǎng)的效率和穩(wěn)定性,降低能源消耗和環(huán)境污染。

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