分布式光伏發電系統與配電網交互影響探究

作者/崔倩、張欽振，國網山東省電力公司成武縣供電公司

我國經濟水平的不斷提高推動著電力建設取得巨大成就。電力技術的發展將光伏發電系統逐漸廣泛應用于逆變電等電力裝備，在此應用中產生的大量諧波會對電力系統本身造成較大干擾[1]。主要的干擾影響為分布式光伏發電系統不同電容量與接入位置對配電網諧波電流和電壓的影響。本文利用仿真技術分布式光伏配電網諧波機理分析、分布式光伏的配電網電壓波動、仿真分析三部分對分布式光伏發電系統與配電網交互影響進行探究。

1.分布式光伏配電網諧波機理分析

將分布式光伏發電系統應用到配電網中，在接入位置和接入方法上對配電網產生影響。分析該影響需要通過建立與分布式光伏發電系統配電網等效的仿真電路，從中分析配電網諧波的分布特點、傳輸特點和機理。理論上，配電網與多個分布式光伏連接后，獨立的光伏控制會產生差異的諧波。多種諧波疊加后，其電流運作機理與常規電流的運作機理相似，疊加諧波源電流的矢量之和為疊加諧波電流。在應用同型號光伏逆變器且進行逆變器同步控制時，多接入點分布式光伏并網給電網諧波造成的影響會更大。光伏電源的效用可與具有無窮大電阻的諧波電流源相同，因此，光伏多點或多點接入方式、光伏并網點的選擇、各母線短路容量、配電網結構等，均會影響分布式光伏配電網諧波的傳輸特性和放大特性[2]。此外，配電網背景諧波可能會對光伏并網點諧波產生加劇影響。基于分布式光伏配電網諧波機理分析，在諧波仿真時將對影響點和影響大小進行嚴謹分析，以證實理論分析的正確性與準確性。配電網等效電路如圖 1 所示。

圖1 配電網等效電路圖

圖2 低壓配電網絡結構圖

2.分布式光伏的配電網電壓波動

分布式光伏造成的配電網電壓波動機理需要對并網點短路容量、光伏功率波動大小和阻抗比R/X、光伏功率因素等進行綜合考慮，光伏功率波動量和網點電壓波動的關系極為密切。根據分布式光伏功率波動引起配電網的電壓波動用公式可知，光伏功率波動量隨著并網點電壓波動的增大而增大。一般情況下，并網點與電源距離較短且光伏輸出功率因數為1時，電壓波動縱軸分量可能會減少，因此，等效阻抗比 R/X 與電壓波動大小成正比，電壓波動隨著等效阻抗比的減小而減小，等效阻抗角與電壓波動大小成反比。電壓在波動時引起的非電磁現象稱為電壓閃變，是一種因燈光照度不穩定導致的視感反應。可選擇IEC61000–4–15標準制造的IEC閃變儀進行電壓閃變測量[3]。

3.仿真分析

3.1 仿真模型構建

進行配電網特性的研究需進行低壓配電網絡結構的仿真模型構建，圖2為本文構建的低壓配電網絡結構。圖中采用架空線路，采用銅導線作為不同負荷支路，根據負荷容量選擇不同型號的銅導線。圖中的支干結點眾多且節點間距相同。

3.2 理想電網條件的諧波仿真

本文采用DIgSILENT/PowerFactory 仿真軟件進行光

圖3 L3點接入時各節點的諧波電流

圖4 非理想電網條件的諧波仿真結構圖

在 L1點接入時，相關數據顯示，諧波電壓幅值最小；在 L5 點接入時，諧波電壓幅值較大。說明光伏接入配電網的位置不同時，接入點的諧波電流近似相等，接入點的諧波電壓差異較大，諧波電壓隨著等效阻抗增大而增大。在L3、L4 和、L5 節點單獨接入和同時接入兩種情況的諧波電流結果顯示，單獨接入的諧波電流的矢量和多點接入的各節點諧波電流基本一致。

3.3 非理想電網條件的諧波仿真

采用DIgSILENT/PowerFactory 仿真軟件進行非理想電網條件的諧波仿真模型構建。包含交流電壓源的自定義控制模塊、背景諧波設置、光伏發電系統解耦控制模型，電網電壓含次數不同、含量為 4%的諧波電壓。非理想電網條件的諧波仿真結構如圖4所示，分布式光伏系統輸出低次諧波電流隨著電網出現低次諧波增大，電網背景諧波次數越多，光伏輸出增大的諧波次數越多。零序諧波為中心，負序諧波與正序諧波存在相互影響。非理想電網條件的諧波對光伏逆變器控制性具有更嚴格的要求。普通情況下的電網條件

3.4 電壓波動和閃變仿真

處于非理想狀態，因此，要提高光伏逆變器控制性能，以減少電網背景諧波對分布式光伏輸出諧波電流產生的影響。

采用DIgSILENT/PowerFactory 仿真軟件對分布式光伏發電功率波動時對配電網電壓波動及閃變的影響進行仿真分析，在L5節點接入50kW光伏，L2節點接入75 kW光伏，以0.1p.u.的方波信號模擬光伏周期性有功擾動，仿真步長為0.1μs。仿真結果如圖5所示，在電壓波動程度上，L2節點波動最大，L5節點波動相對較大，N0節點波動最小，說明距離光伏并網點越近，電壓波動越大，光伏并網點的電壓波動相對較大。伏發電系統產生的諧波電流、諧波電壓進行電磁暫態、穩態的仿真。在L3點接入時，理想電網條件中，仿真結構中節點的負荷容量為85KW，約為總負荷的三分之二。相關數據如圖3所示，N5～L5 節點的諧波電流趨于零，N4節點后的線路等效阻抗明顯比電網側等效阻抗大；絕大部分諧波電流通過配電網主干線流入公共電網。

圖5 各測量母線的電壓波動曲線

4.結論

分布式光伏發電系統與配電網交互影響仿真探究結果顯示，理想電網條件的諧波仿真結果中。含分布式光伏發電系統的配電網中，單獨接入的諧波電流的矢量和多點接入的各節點諧波電流基本一致。光伏接入配電網的位置不同時，接入點的諧波電流近似相等，接入點的諧波電壓差異較大，諧波電壓隨著等效阻抗增大而增大。絕大部分諧波電流通過配電網主干線流入公共電網。非理想電網條件的諧波仿真中，電網背景諧波次數越多，光伏輸出增大的諧波次數越多。零序諧波為中心，負序諧波與正序諧波存在相互影響。非理想電網條件的諧波對光伏逆變器控制性具有更嚴格的要求。

* [1]崔紅芬,汪春,葉季蕾，等.多接入點分布式光伏發電系統與配電網交互影響研究[J].電力系統保護與控制,2015(10)∶91—97.

* [2]鄧賢添.基于分布式光伏系統接入對配電網的網絡損耗影響探究 [J].通訊世界 ,2015(20)∶195—196.

* [3]曹哲，劉波，袁智強.高密度分布式光伏發電系統接入配電網準入容量研究[J].電網與清潔能源,2014(11)∶118—122.