保證光伏發(fā)電并網(wǎng)配網(wǎng)電壓穩(wěn)定的策略

程傳飛

（國網(wǎng)山東省電力公司東阿縣供電公司，山東 聊城 252200）

0 引 言

實施光伏發(fā)電并網(wǎng)不僅能加大配網(wǎng)電壓，也會對配網(wǎng)電壓穩(wěn)定性造成影響，出現(xiàn)電壓波動現(xiàn)象。

1 光伏發(fā)電并網(wǎng)對配網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響

明確光伏發(fā)電系統(tǒng)對配網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響，需要使用軟件和數(shù)學工具建立模型。在實際仿真模擬過程中，可使用MATLAB軟件建立模型，并實施相應編程，最終確定各種影響因素[1]。

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)電源對配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

在研究過程中，為準確確定影響范圍和程度，需逐漸提高配電網(wǎng)的負荷，在研究過程中，本文應用負荷增長因子（LSF）對負荷的變化情況進行描述，LSF的意義為配網(wǎng)系統(tǒng)的負荷增長倍數(shù)。仿真結(jié)果如表1所示。

1.2 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入位置對配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)的位置會影響配網(wǎng)潮流分配。通過區(qū)分光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配網(wǎng)的位置，研究不同接入點對配網(wǎng)穩(wěn)定性的影響。模擬結(jié)果如表2所示。

表2 不同接入位置對配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

表1 不同負荷下兩種系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標

分析表1可知，當系統(tǒng)負荷變大時，靜態(tài)電壓穩(wěn)定性指標都會變大，表示電壓穩(wěn)定性降低。在接入光伏電源后，電壓穩(wěn)定性指標較之前有所減小，即系統(tǒng)變得更加穩(wěn)定。實驗結(jié)果表明，與9號節(jié)點的電氣距離越小，系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定指標便越小，即系統(tǒng)穩(wěn)定性越強。這表明光伏發(fā)電系統(tǒng)接入點與薄弱環(huán)節(jié)的距離越近，對整個系統(tǒng)提供的支撐就越大，從而減小系統(tǒng)功率損耗，對配網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生有利影響。

1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)容量對配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

在研究光伏發(fā)電系統(tǒng)容量對配網(wǎng)靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響時，擬定負荷水平為1.5，且將光伏發(fā)電系統(tǒng)并入9號節(jié)點，進而在系統(tǒng)容量存在差異的條件下，計算并分析靜態(tài)電壓穩(wěn)定值，明確光伏發(fā)電系統(tǒng)容量對靜態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響。通過在配電網(wǎng)接入光伏發(fā)電系統(tǒng)，能為當前系統(tǒng)的負荷點提供有功功率，減小系統(tǒng)傳輸過程中所需的功率。因此，配電網(wǎng)靜態(tài)電壓的穩(wěn)定程度會隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)容量的不同發(fā)生變化，二者之間呈正比關(guān)系。需要注意的是，在光伏發(fā)電系統(tǒng)容量達到最佳程度后，會加強對系統(tǒng)潮流分布的影響，有可能出現(xiàn)首端低于末端的現(xiàn)象。而在光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量超出規(guī)定時，會出現(xiàn)電壓越限，對配網(wǎng)靜態(tài)電壓的穩(wěn)定性造成不良影響，應及時采取調(diào)節(jié)變壓器或降低系統(tǒng)容量的方式予以解決。

1.4 光伏發(fā)電系統(tǒng)容量對配網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

為了探究并網(wǎng)容量對電壓穩(wěn)定性的影響，本文通過建模仿真的方式對兩者間的關(guān)系進行研究，最終得到的仿真數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 光伏發(fā)電系統(tǒng)對配網(wǎng)對暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

分析實驗數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，對于不同的并網(wǎng)容量，電壓隨時間的變化情況相同，說明對光伏發(fā)電系統(tǒng)而言，雖然并網(wǎng)情況發(fā)生變化，但對電壓的影響方式和影響幅度仍較為相似。進一步研究可以發(fā)現(xiàn)，當并網(wǎng)容量改變時，系統(tǒng)的初始電壓也會發(fā)生相應變化，具體表現(xiàn)為當并網(wǎng)容量提升時，接入點的電壓也會相應提升，而在系統(tǒng)發(fā)生故障時，配網(wǎng)系統(tǒng)的電壓跌落情況與并網(wǎng)容量的變化情況相反，證明提升光伏發(fā)電系統(tǒng)的并網(wǎng)容量可提升配網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。此外，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)容量對電壓穩(wěn)定性的影響有一定范圍限制，當超過合理范圍時，線路中會發(fā)生潮流回流現(xiàn)象，導致配網(wǎng)系統(tǒng)中不同分段的首端電壓低于末端電壓，因此應用這種方法時，需要合理確定并網(wǎng)容量，提升電壓穩(wěn)定性。

1.5 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入位置對配網(wǎng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性的影響

將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入到配網(wǎng)的不同位置，會對電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響。在具體分析時，保證光伏發(fā)電系統(tǒng)容量均為1 mW，分別以9、4和13號節(jié)點作為光伏發(fā)電系統(tǒng)的連接位置，對系統(tǒng)進行時域仿真。經(jīng)詳細對比分析，在暫態(tài)過程中，如果光伏發(fā)電系統(tǒng)與9號節(jié)點相互連接，暫態(tài)電壓的幅值會呈現(xiàn)出最大狀態(tài)，與13號節(jié)點相互連接時，電壓幅值中等，而與4號節(jié)點連接時，電壓幅值最小。其中，13號節(jié)點與4號節(jié)點的距離為24.33 km，與9號節(jié)點的位置則為40.65 km。由此可知，在光伏發(fā)電系統(tǒng)與最薄弱支路不斷接近時，配網(wǎng)暫態(tài)的穩(wěn)定性會隨之提高。

2 保證光伏發(fā)電并網(wǎng)配網(wǎng)電壓穩(wěn)定的策略2.1 依據(jù)負荷進行配網(wǎng)系統(tǒng)設計

為提升光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)配網(wǎng)電壓穩(wěn)定性，應首先明確光伏發(fā)電系統(tǒng)對配網(wǎng)電壓的影響效果，進而采取相應措施解決問題。建模仿真結(jié)果表明，配電總負荷會對整個系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，具體表現(xiàn)為負荷越大，電壓穩(wěn)定性越差，光伏發(fā)電系統(tǒng)的加入能夠在一定程度上提升配網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，為配網(wǎng)建設助力。在實施配網(wǎng)設計時，應詳細調(diào)查供電區(qū)域，了解供電總負荷，以此為基礎設計相應的光伏發(fā)電系統(tǒng)。需要注意的是，在設計過程中應考慮多種因素的影響，如光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量，分析這些因素，選取最優(yōu)方式，最終提升配網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性[2]。

2.2 配網(wǎng)接入點設計

分析仿真運算結(jié)果可發(fā)現(xiàn)，光伏發(fā)電系統(tǒng)與配網(wǎng)系統(tǒng)的接入位置會對整個配網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性造成很大影響，因而在并網(wǎng)前需要找到最為合適的接入點，以提升配網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。試驗表明接入點位置與配網(wǎng)系統(tǒng)最薄弱支路的距離越短，光伏發(fā)電系統(tǒng)對配網(wǎng)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性的提升效果就越明顯，同時也愈發(fā)提升配網(wǎng)系統(tǒng)的暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。因此，應將接入點定在最薄弱支路附近，最大限度提升配網(wǎng)系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性。此外，由于配網(wǎng)系統(tǒng)中存在較多薄弱支路，在接入點選取過程中也需要對這些因素進行一定考慮，保證每一條支路的電壓穩(wěn)定性都在允許范圍內(nèi)。

2.3 合理確定光伏發(fā)電系統(tǒng)容量

光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量會對配網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性造成兩方面影響。其一，影響配網(wǎng)系統(tǒng)的靜態(tài)電壓穩(wěn)定性。分析仿真結(jié)果可知，接入配網(wǎng)系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)容量越大，整個配網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越高。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入配網(wǎng)系統(tǒng)后，會對系統(tǒng)進行有功補償。其二，影響暫態(tài)電壓穩(wěn)定性。當容量增加時，配網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性也會升高。需要注意的是，接入配網(wǎng)系統(tǒng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)容量過大會導致線路末端電壓升高，直至高于線路的端首電壓，出現(xiàn)電流回流現(xiàn)象，損壞整個配網(wǎng)系統(tǒng)。因此，提升光伏發(fā)電并網(wǎng)過程中配網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，要求合理設計光伏發(fā)電系統(tǒng)容量，在提升穩(wěn)定性的同時，保證配網(wǎng)系統(tǒng)的安全[3]。

2.4 設置無功補償系統(tǒng)

為保證配網(wǎng)系統(tǒng)的安全，需要嚴格控制光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量，控制過程可以利用動態(tài)無功補償裝置實現(xiàn)要求。當前，無功補償系統(tǒng)已得到長足發(fā)展，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中得到廣泛應用。通常情況下，在完成無功補償系統(tǒng)設計后，應運用模擬仿真系統(tǒng)測量系統(tǒng)的運行效果，對不符合要求的部分進行適當改進，保證電壓穩(wěn)定性波動幅度在合理范圍內(nèi)。

2.5 探究功率潮流變化

將光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配網(wǎng)系統(tǒng)過程中，需保證配網(wǎng)系統(tǒng)不出現(xiàn)超限現(xiàn)象，以防止光伏發(fā)電系統(tǒng)破壞整個配網(wǎng)系統(tǒng)。由于單個光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率不能滿足配網(wǎng)的電力需求，需在配網(wǎng)系統(tǒng)中接入多個光伏發(fā)電設備，以滿足配網(wǎng)系統(tǒng)的負荷要求。然而，這些系統(tǒng)的加入會逐漸增加光伏發(fā)電系統(tǒng)的容量，引發(fā)超限現(xiàn)象，因而需要探究配網(wǎng)系統(tǒng)的功率潮流變化，保證配網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行。在進行相關(guān)設計時，應運用各種建模仿真軟件模擬結(jié)果，以此探究不同數(shù)量光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入對配網(wǎng)電壓穩(wěn)定性造成的影響，使配網(wǎng)系統(tǒng)更好地運行[4]。

3 結(jié) 論

光伏發(fā)電并網(wǎng)會對配網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性造成一定影響。引起這些影響的因素涉及多個方面，欲保證配網(wǎng)系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定，需要對整個光伏發(fā)電系統(tǒng)進行合理設計，包括確定光伏發(fā)電系統(tǒng)容量、設置無功補償系統(tǒng)以及探究功率潮流變化等，最終達到使用要求。