分布式光伏并網(wǎng)運行仿真分析系統(tǒng)設計

石穌浩，程海軍，伏 朋，張鳳儀

（遼寧工業(yè)大學 電氣工程學院，遼寧 錦州 121001）

1 分布式光伏并網(wǎng)運行仿真分析系統(tǒng)設計背景

隨著可持續(xù)發(fā)展觀念在世界各國不斷深入人心，光伏發(fā)電技術(shù)不斷進步和成本顯著降低，使太陽能發(fā)電全面進入規(guī)模化發(fā)展階段。當大規(guī)模分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)后，將會對配電網(wǎng)運行產(chǎn)生影響。文獻[1]從電能質(zhì)量、潮流計算、短路電流、網(wǎng)絡損耗、繼電保護等方面指出光伏并網(wǎng)運行中存在的問題。針對光伏并網(wǎng)對配電網(wǎng)的影響，許多學者開展研究和仿真[2-3]，得到光伏并網(wǎng)運行的情況及規(guī)律。現(xiàn)有研究中，多側(cè)重某一方面的理論分析，要么將電網(wǎng)等效為無窮大電源，要么將配電網(wǎng)理想化為輻射電網(wǎng)，這與實際分布式光伏并網(wǎng)運行的多源配電網(wǎng)存在較大差異。本文設計了一套分布式光伏并網(wǎng)運行仿真分析系統(tǒng)，為研究分布式光伏并網(wǎng)的運行情況及規(guī)律搭建平臺，提供一種全新的研究思路和實踐探索。

2 系統(tǒng)總體方案設計

仿真系統(tǒng)總體設計方案如圖1所示，主要由仿真平臺和數(shù)據(jù)采集器組成。仿真平臺搭建一個基于通用的IEEE 30節(jié)點配電網(wǎng)模型及其參數(shù)的模擬電網(wǎng)，分布式光伏系統(tǒng)可接入搭建的配電網(wǎng)多個節(jié)點。仿真平臺與光伏系統(tǒng)實時通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，如果采用具有通信功能的逆變器，仿真平臺可通過網(wǎng)口或串口方式與逆變器通信，如果逆變器不具有通信功能，由數(shù)據(jù)采集器采集光伏系統(tǒng)信息，通過串口或WiFi方式上傳數(shù)據(jù)至仿真平臺。基于仿真平臺，實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)測與控制、模擬電網(wǎng)的實時運行仿真、系統(tǒng)潮流計算、支路參數(shù)修改、節(jié)點參數(shù)修改、靈敏度分析、數(shù)據(jù)保存與導出、用戶管理等功能。

3 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)的硬件設計主要為設計數(shù)據(jù)采集器。硬件部分主要考慮可靠性、低功耗及經(jīng)濟性、測量精度、抗干擾能力等因素，由信號檢測及處理部分、CUP最小系統(tǒng)部分、電源變換部分和數(shù)據(jù)傳輸4部分組成。數(shù)據(jù)采集器硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 數(shù)據(jù)采集器硬件結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)軟件設計

系統(tǒng)的軟件設計包括數(shù)據(jù)采集器和仿真平臺軟件設計兩部分。數(shù)據(jù)采集器實現(xiàn)對光伏發(fā)電系統(tǒng)參數(shù)數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，程序流程如圖3所示。

仿真平臺采用VB軟件實現(xiàn)，搭建一個基于通用的IEEE 30節(jié)點配電網(wǎng)模型及其參數(shù)的模擬電網(wǎng)。分布式光伏系統(tǒng)可接入搭建的配電網(wǎng)節(jié)點，接入節(jié)點可選。仿真平臺的功能如圖4所示。

5 系統(tǒng)運行

本文設計分布式光伏并網(wǎng)運行仿真分析系統(tǒng)成功運行于國網(wǎng)遼寧省電力有限公司錦州供電公司。光伏系統(tǒng)安裝有90塊280 W的太陽能電池板，A相、B相、C相各30塊，共計25.2 kW，并網(wǎng)運行0.4 kV配電網(wǎng)。

圖3 數(shù)據(jù)采集及傳輸流程

仿真平臺實時計算系統(tǒng)當前潮流，詳細給出系統(tǒng)節(jié)點和支路的參數(shù)數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示系統(tǒng)潮流信息，給出功率流向指示，刷新率小于1 s。該平臺可實現(xiàn)分布式光伏并網(wǎng)控制仿真、電網(wǎng)穩(wěn)定運行仿真、網(wǎng)損分析仿真、靈敏度分析仿真、潮流計算仿真，具有3級用戶管理系統(tǒng)，能夠保存與導出系統(tǒng)數(shù)據(jù)，便于分析管理及決策。仿真平臺主界面如圖5所示。

6 結(jié)語

當大規(guī)模分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，將會對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量、潮流分布、網(wǎng)絡損耗、穩(wěn)定控制等問題產(chǎn)生不同程度的影響。本文開發(fā)分布式光伏并網(wǎng)運行仿真分析系統(tǒng)，研究分布式光伏并網(wǎng)的運行情況及規(guī)律。基于本文的研究思想，搭建實際分布式光伏待并配電網(wǎng)絡的仿真平臺，將為本地區(qū)科學、合理地規(guī)劃光伏電站，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行提供更接近實際的仿真信息，無疑為分布式光伏并網(wǎng)研究提供一種新的研究思路和實踐探索。

圖4 仿真平臺功能

圖5 仿真平臺主界面

[參考文獻]

[1]李英姿.分布式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)運行中存在的問題[J].建筑電氣，2014（11）：44-50.

[2]郭鵬超，楊秀，張美霞，等.分布式光伏接入配電網(wǎng)對電壓分布的影響[J].電源技術(shù)，2016（8）：1660-1664.

[3]吳峰，李瑋.含高滲透率分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)動態(tài)等值分析[J].電力系統(tǒng)自動化，2017（9）：65-70，181.