光伏接入配電網(wǎng)調(diào)壓問題研究

【摘要】小型光伏電站接入配電網(wǎng)后對配電網(wǎng)的潮流、電壓等造成一定影響。為滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，現(xiàn)有配電網(wǎng)需根據(jù)光伏接入情況相應(yīng)調(diào)整保護(hù)配置和電壓調(diào)節(jié)方案。本文通過分析研究配電網(wǎng)中光伏電站接入點變化對配電系統(tǒng)電壓的影響，正確評估光伏電站接入對配電系統(tǒng)帶來的影響，從而使配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)地供電。

【關(guān)鍵詞】光伏;配電網(wǎng);調(diào)壓

1.引言

目前，居民光伏項目并網(wǎng)發(fā)電成功的案例越來越多，國家也在大力支持清潔能源發(fā)電并網(wǎng)，一些小型光伏電站正在源源不斷的接入配電系統(tǒng)中。小型光伏電站接入配電網(wǎng)后為用戶帶來了一定的便利，但由于光伏發(fā)電受天氣等因素影響較大，發(fā)電出力較不穩(wěn)定，這對配電網(wǎng)的潮流、電壓等造成一定影響[1]。這就要求配電網(wǎng)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，來滿足用戶對電能質(zhì)量的要求，現(xiàn)有配電網(wǎng)需根據(jù)光伏接入情況相應(yīng)調(diào)整保護(hù)配置和電壓調(diào)節(jié)方案，從而使配電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)地供電。

配電網(wǎng)一般采用放射式、樹干式及手拉手環(huán)網(wǎng)接線方式，其選擇主要取決于用戶分布及用戶對供電可靠性的要求。長期以來，我國的配電網(wǎng)接線形式大多數(shù)采用以架空線路為主的放射式供電方式，光伏電源接入后，配電網(wǎng)將從一個輻射狀的網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€遍布電源和用戶互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)[2]。傳統(tǒng)配電網(wǎng)中線路潮流總是從變電站流向用戶，有功逐漸減少，電壓逐漸降低。當(dāng)光伏接入配網(wǎng)后，其線路潮流就隨著光伏接入的位置、容量的變化發(fā)生改變。

2.案例分析

現(xiàn)就一10kV配電線路進(jìn)行分析。線路型號：LGJ-150/25，長度L=18km，總負(fù)荷數(shù)為10，單位長度內(nèi)線路阻抗為Z=0.21+j0.32，線路總負(fù)荷為：PL=5MW，QL=1.6Mvar。光伏出力P=1MW，功率因數(shù)cosφ=0.9（滯后）。負(fù)荷分布及電壓情況見表1。

表1 節(jié)點負(fù)荷數(shù)據(jù)

節(jié)點 有功（MW） 無功（Mvar） 電壓（kV）

1 0.74 0.24 10.50

2 0.28 0.09 10.46

3 0.24 0.07 10.40

4 0.31 0.10 10.32

5 0.83 0.27 10.21

6 0.45 0.13 10.16

7 0.52 0.17 10.15

8 0.59 0.19 10.06

9 0.66 0.22 10.01

10 0.38 0.12 10.00

2.1 光伏接入點對電壓的影響

假設(shè)光伏滿出力，改變光伏接入配電網(wǎng)的位置進(jìn)行計算，電壓分布情況如圖1所示。

圖中方案1為光伏電站不并網(wǎng)運行，方案2為光伏電站在2點處并網(wǎng)，方案3為光伏電站在4點處并網(wǎng)，方案4為光伏電站在6點處并網(wǎng)，方案5為光伏電站在9點處并網(wǎng)。從圖1可以看出，光伏出力穩(wěn)定時，改變光伏接入配電網(wǎng)位置，配電線路各負(fù)荷點處電壓隨之改變，方案5中各點電壓明顯高于方案2中各點電壓，說明光伏接入點越靠近電源點側(cè)，其對電壓影響越小，越接近線路末端，其對電壓影響越大，甚至造成電壓越限情況的發(fā)生。

圖1 電壓分布情況

2.2 調(diào)壓方案

以上計算結(jié)果顯示，光伏電源并入配電網(wǎng)會導(dǎo)致現(xiàn)有配電系統(tǒng)整體電壓升高，現(xiàn)有配電網(wǎng)在滿足電壓合格率要求的情況下，并入光伏電站后可能導(dǎo)致電壓越限，電壓合格率下降，不能滿足用戶對電能質(zhì)量的要求。

目前，我國規(guī)定的10kV配電網(wǎng)電壓允許偏移為額定電壓的0～7%。為使配電線路各點電壓在光伏電站投入和退出運行的情況下均能滿足電能質(zhì)量的要求，必須提出新的電壓控制方案，合理配置無功補償容量，改變配電線路的無功潮流分布，將配電網(wǎng)中各點電壓控制在合格范圍之內(nèi)，從而提高用戶處的電壓質(zhì)量。

根據(jù)2.1分析結(jié)果可以看出，當(dāng)光伏電站0出力運行時，各點電壓均在允許范圍內(nèi)，當(dāng)光伏電站從節(jié)點9處并入配電網(wǎng)時，會導(dǎo)致線路接近末端處的負(fù)荷電壓高于10.7kV，超出電壓允許偏差范圍。若長期過電壓運行，會縮短用戶電氣設(shè)備使用壽命，甚至造成損壞，所以配電網(wǎng)必須控制電壓，使其在合格范圍內(nèi)運行。當(dāng)光伏電站滿出力投入運行時，采用以各點電壓偏差在允許范圍內(nèi)為目標(biāo)，避免電壓最高點越上限的方法確定補償容量和位置，現(xiàn)制定4個調(diào)壓方案：

方案1：不進(jìn)行補償;

方案2：在4點處補償0.08（Mvar）感性無功;

方案3：在6點處補償0.05（Mvar）感性無功;

方案4：在9點處補償0.03（Mvar）感性無功。

根據(jù)所制定的調(diào)壓方案進(jìn)行計算，配電線路各負(fù)荷點電壓均控制在允許范圍之內(nèi)（小于10.7kV），具體調(diào)壓效果如圖2所示。

圖2 調(diào)壓效果

計算結(jié)果顯示，在不同負(fù)荷點處進(jìn)行無功補償均可達(dá)到控制電壓的目的，且效果明顯，但補償容量有所差異，在光伏電站并網(wǎng)點處同時增設(shè)無功補償裝置（電抗器或SVG），進(jìn)行就地補償?shù)姆桨甘亲罱?jīng)濟(jì)合理的。

3.結(jié)論

光伏產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展與壯大，居民光伏電站并網(wǎng)發(fā)電需求的不斷增加，使現(xiàn)有配電網(wǎng)不得不與時俱進(jìn)，調(diào)整結(jié)構(gòu)與策略，來保障用戶供電的優(yōu)質(zhì)性。本文通過對含光伏發(fā)電的配電系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，事先確定在什么情況下需要進(jìn)行調(diào)壓，且提前制定調(diào)壓方案，確定無功補償位置和容量，通過計算驗證調(diào)壓方案的正確性和有效性，為調(diào)壓分析提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳財富，張健軒，陳裕愷，等.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電及照明系統(tǒng)[M].北京：科技出版社，2009：14-15.

[2]梁才浩，段獻(xiàn)忠.分布式發(fā)電及其對電力系統(tǒng)的影響[J].電力系統(tǒng)自動化，2001（12）：53-56.

作者簡介：陳艷芳（1987—），現(xiàn)供職于錫林郭勒電業(yè)局，研究方向：運行方式、繼電保護(hù)。