引言
光伏發(fā)電作為一種優(yōu)質的可再生能源,和傳統(tǒng)的化石能源相比,具有在基礎設施建設完畢后物資投入少,對環(huán)境幾乎沒有污染,易于接入配電系統(tǒng)等優(yōu)點。雖然在發(fā)電設施基數(shù)較小時,光伏發(fā)電受到天氣、時段的影響較大,但是我國的陸地面積極其廣闊,與之對應的就是數(shù)量眾多的光伏發(fā)電基站和豐富的太陽能資源,不會因為某一地區(qū)的天氣問題而導致光伏發(fā)電量波動過大。得益于地域優(yōu)勢,我國的光伏電源發(fā)展前景十分樂觀,對于改善當下的能源消耗結構具有重大意義。
文獻分析了DG(分布式電源)接入對配電網電壓分布的影響,研究了利用DG提高配電網電壓穩(wěn)定裕度的方法:文獻提出配電網系統(tǒng)中的有功功率和無功功率不平衡時,DG自身可以對系統(tǒng)提供一定的無功補償:文獻體現(xiàn)了DG出力和負荷的時變性,引入約束條件對模型進行優(yōu)化,最終得出配電網中的DG和補償電容器的最優(yōu)參數(shù):文獻把有功功率網損作為目標函數(shù)進行尋優(yōu),得出光伏電源提供一定的無功補償可以減少配電網的功率損耗:文獻研究了PV節(jié)點類型的分布式電源分別改變容量和接入點位置后配電網的電壓分布,并進行仿真實驗,得到了配電網電壓波動的運行規(guī)律:文獻在配電網諧波電壓和諧波電流方面考慮了DG不同接入位置和容量的影響:文獻分析了電網背景諧波和含分布式光伏的配電網諧波之間的相互作用。
1故障時電壓波動
配電網發(fā)生故障的初始網絡狀態(tài)如圖1所示,各項參數(shù)皆參照1EEE33標準節(jié)點,節(jié)點5接入有功容量為400kw的光伏電源。分段開關以實線表示,聯(lián)絡開關以虛線表示,支路3一23發(fā)生永久性故障,已經斷開,已經導致負荷23一25非故障停電。
比較故障發(fā)生前后的電壓分布,電壓大小以標幺值表示。如圖2所示,實線為故障發(fā)生后,虛線為故障發(fā)生前,可以看出,負荷節(jié)點23、24、25失電后,各節(jié)點電壓均小幅上升。
2分布式電源接入
傳統(tǒng)配電網不接入分布式電源時潮流是單向流動的,為單電源輻射式拓撲,潮流隨著傳輸距離逐漸減小:接入分布式電源后網絡拓撲結構將會發(fā)生質變,從單電源輻射系統(tǒng)變?yōu)殡p電源供電,甚至是多電源多負荷互聯(lián)系統(tǒng),而且接入位置、方式和容量的不同選擇都會使得潮流流向更加難以確定。
配電網的電壓分布由電力系統(tǒng)電源容量和負荷所決定,當配電網的輸入電源功率和負荷改變時,其各節(jié)點電壓必定會發(fā)生電壓波動或產生偏差。由于氣候變化和時間因素,光伏電源所依賴的太陽能具有較大波動性和不可操控性,因此光伏電源無法像常規(guī)電源那樣保持在穩(wěn)定出力狀態(tài)。但是在仿真過程中暫時不考慮光伏電源出力的時變性,而是將光伏電源視為有功容量恒定的一個PV節(jié)點接入系統(tǒng)。通過分析配電網系統(tǒng)中分布式電源接入情況下的網絡節(jié)點電壓分布,得到分布式電源接入方式、容量和位置等因素對于配網系統(tǒng)的影響。最直觀的觀測量就是最大電壓降,最大電壓降越小,系統(tǒng)穩(wěn)定性越好。
式中:AU為最大電壓偏移:U0為初始節(jié)點電壓:U(i)為第i個節(jié)點電壓。
2.1DG接入點與故障點的距離
探究DG接入點與故障發(fā)生點的距離對最大電壓降的影響。光伏電源的有功容量為400kw,功率因數(shù)為0.85,分別接入5節(jié)點、13節(jié)點及33節(jié)點。對比每種情況下的電壓分布情況。
如圖3和圖4所示,實線為5節(jié)點接入分布式電源,虛線為13節(jié)點接入分布式電源,點線為33節(jié)點接入分布式電源。
當接入節(jié)點距離始端較近時,對于整體的配電網節(jié)點電壓影響較小,支撐效果不明顯:但是接入節(jié)點距離末端過近時,系統(tǒng)會近似形成雙電源供電系統(tǒng),使得支撐電壓過高。33節(jié)點接入分布式電源時,末端幾個節(jié)點電壓明顯升高,且越靠近末端影響越明顯。當接入的光伏電源容量逐漸增大到一定程度時,末端節(jié)點電壓甚至可能率先越過規(guī)定的電壓上限。且接入33節(jié)點時系統(tǒng)最大電壓降的標幺值為0.075p.u.,電壓最低值出現(xiàn)在18節(jié)點,遠低于其他情況,末端節(jié)點又遠高于正常情況,電壓波動非常不穩(wěn)定。
當光伏電源接入配電網中間區(qū)域即仿真中的13節(jié)點時,系統(tǒng)最大電壓降的標幺值相對于接入33節(jié)點的情況下降了0.0036p.u.,且未出現(xiàn)在同一節(jié)點,而是分別位于18和33節(jié)點。接入中間區(qū)域時擁有一定的支撐效果,配電網系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
可以看出DG接入點離首端較近時,對各節(jié)點電壓的影響較小:光伏電源并網位置接近末端節(jié)點時,對各節(jié)點電壓的提升幅度較大。接入節(jié)點選擇配電網的中間區(qū)域較為合適。
2.2DG容量的影響
光伏電源的較大容量代表著高滲透率分布式電源。在功率因數(shù)不變的情況下,將分布式電源容量擴大到兩倍,即功率因數(shù)依然是0.85,有功容量變?yōu)?00kw,探究容量大小對各節(jié)點電壓的影響程度。如圖5所示,虛線為加大一倍容量后的電壓分布。
可以發(fā)現(xiàn)光伏電源的出力大小對節(jié)點電壓有著較為明顯的影響。光伏電源容量越大,也就是光伏電源滲透率越高時,節(jié)點電壓提升幅度越大。容量加倍后最大電壓降的標幺值由0.078p.u.下降為0.074p.u.。
2.3功率因數(shù)對電壓分布的影響
當光伏逆變器控制原理不同時,光伏電源的功率因數(shù)將會有所改變,下面研究功率因數(shù)改變時對配電網電壓分布的影響。分別將功率因數(shù)為0.6、0.8和1.0的光伏電源接入節(jié)點5,并且為了增大差異,將有功容量統(tǒng)一改為1200kw。如圖6所示,點畫線為0.6功率因數(shù),實線為0.8功率因數(shù),虛線為1.0功率因數(shù)。
由仿真結果可以得出,DG的功率因數(shù)對于配電網的電壓分布雖然有影響,但即便是在DG容量增大且功率因數(shù)相差較大的前提下,各節(jié)點電壓的波動幅度依然十分微小。同時,節(jié)點電壓隨著功率因數(shù)的降低而逐漸升高,這是由于隨著功率因數(shù)的減小,有功容量不變的光伏電源輸出的無功功率逐漸增加,節(jié)點電壓逐漸提高。
2.4多光伏電源接入
現(xiàn)實情況中配電網接入的DG往往不止一個,需要研究光伏電源集中并網與分散接入對電壓分布的影響。仿真實驗中單個接入節(jié)點5的光伏有功容量依然是400kw。然后將容量均分,同時把3個有功容量為133.3kw的光伏電源接入配電網中。接入位置分別是節(jié)點4、節(jié)點12、節(jié)點32,得到電壓分布變化曲線,并與初始潮流情況相比較。
如圖7所示,實線為單一接入節(jié)點5,虛線為分散接入3個節(jié)點。
可以看出,同等容量和相同運行方式的配電網系統(tǒng),光伏電源分多節(jié)點接入要比單節(jié)點接入的電壓支撐效果更好,系統(tǒng)的最大電壓降標幺值由0.078p.u.降為0.073p.u.,配電網也更穩(wěn)定。
3結論
通過以上仿真結果可以得出結論:同等容量下光伏電源的功率因數(shù)改變對配電網的電壓波動影響較小。對于已經發(fā)生故障而導致部分負荷失電的配電網系統(tǒng),在系統(tǒng)的中間區(qū)域分散接入若干個滲透率較高的分布式電源能起到一定的支撐作用,使配電網系統(tǒng)更加穩(wěn)定。
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