新能源并網(wǎng)下微電網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損與無功多目標(biāo)優(yōu)化

嚴(yán)偉 冉萬 劉雪峰

摘要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們的物質(zhì)需求得到極大滿足。在此基礎(chǔ)上，人民群眾開始追求更高質(zhì)量的精神生活。隨著環(huán)保意識(shí)的提高觀念的不斷推廣和普及，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的危害已嚴(yán)重影響了人們的生活質(zhì)量，在這一背景下，發(fā)展清潔能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境不僅是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是人民群眾對(duì)生活質(zhì)量提出的客觀要求。近年來，隨著太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的不斷完善和成熟，已成為電力行業(yè)中非常重要的一種發(fā)展方式，其應(yīng)用范圍也在不斷的增多。本文深入分析光伏并網(wǎng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)線損的影響，并進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，為促進(jìn)我國太陽能光伏并網(wǎng)技術(shù)及電力行業(yè)的發(fā)展，提供更多參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：光伏并網(wǎng);線損;電網(wǎng)

引言

在實(shí)際應(yīng)用中，分布式太陽能光伏發(fā)電是目前應(yīng)用最為廣泛的一種太陽能發(fā)電方法，但這種發(fā)展方法在光伏發(fā)電機(jī)容量較小的情況下，能夠使光伏光網(wǎng)對(duì)地方電網(wǎng)的線損率得到有效的降低。但隨著太陽能光伏發(fā)展應(yīng)用越來越廣泛，分布式光伏發(fā)電機(jī)的數(shù)量也大幅度增多，光伏并網(wǎng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)線損的影響也在大幅度的提高，甚至對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)展的性能也產(chǎn)生了極大的影響。因此，技術(shù)人員必須要加強(qiáng)分析和研究光伏并網(wǎng)對(duì)地方電網(wǎng)線損的影響，提高關(guān)注度，以確保太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)展的安全和可靠運(yùn)行。

1光伏并網(wǎng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)線損的影響

在應(yīng)用太陽能光伏發(fā)電技術(shù)的過程中，必須要將光伏電源，與某地區(qū)的電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行連接，這一操作會(huì)在一定程度上改變電網(wǎng)系統(tǒng)中電流的分布形式。在原來的電網(wǎng)中，功率的流向是單一的，由正荷向負(fù)荷流動(dòng)，而連接光伏電源后，其功率流向也會(huì)發(fā)生改變，不再是單一路線。在光伏并網(wǎng)中線路電壓相同情況下，以實(shí)驗(yàn)作為前提，能夠?qū)夥娫吹娜萘亢碗娫唇尤胛恢?、地方電網(wǎng)線損三者之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。通過多次實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果和相關(guān)數(shù)據(jù)，以此為根據(jù)制定相關(guān)的模型，能夠進(jìn)一步分析對(duì)線損模型的實(shí)際情況，從而深入了解光伏并網(wǎng)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)線損的實(shí)際影響情況，為改善光伏并網(wǎng)的性能而提供更多的參考依據(jù)。

2光伏并網(wǎng)的實(shí)例說明

本文以某地區(qū)對(duì)光伏并網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況作為實(shí)例，通過系統(tǒng)的分析，詳細(xì)闡述光伏并網(wǎng)對(duì)地方電網(wǎng)的線損影響。實(shí)例地區(qū)使用的是66kV電網(wǎng)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)采用輻射型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)中配備的節(jié)點(diǎn)和電源輸出點(diǎn)數(shù)量分別為24和2。兩個(gè)電源輸出點(diǎn)一個(gè)用于連接主網(wǎng)，另一個(gè)用于風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)。

2.1光伏電源容量影響的分析

假設(shè)該供電系統(tǒng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)保持不變，從而確保只有供電系統(tǒng)負(fù)荷以及光伏電源會(huì)對(duì)地方電網(wǎng)產(chǎn)生線損影響。在實(shí)際地區(qū)的改供電系統(tǒng)中，在符合分布的情況下，以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不會(huì)變化作為前提，當(dāng)光伏發(fā)電的電源電量處于充滿狀態(tài)時(shí)，將其接入地方電網(wǎng)中，就能夠得到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在對(duì)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，得出以下結(jié)論：1）連接光伏電源相和地方電網(wǎng)后，在一定范圍內(nèi)產(chǎn)生的并網(wǎng)容量能夠使地方電網(wǎng)線損率降低，但超過這個(gè)范圍后，地方電網(wǎng)線損率就會(huì)提高。在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行仿真分析后得出最終結(jié)論，當(dāng)光伏發(fā)電電源容量小于地方電網(wǎng)的承載負(fù)荷時(shí)，線損率就會(huì)降低;反之，線損率則會(huì)大幅度提高。2）在線損率的狀態(tài)下，將這一階段的并網(wǎng)容量稱之為最佳光伏電源容量。外界因素會(huì)對(duì)最佳容量的大小和范圍產(chǎn)生影響，而網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)架承載負(fù)荷是最主要的影響因素，兩者之間成正相關(guān);除此之外，最佳容量值還會(huì)受到主電網(wǎng)變壓器和光伏電源注入節(jié)點(diǎn)之間的電氣距離的影響，距離越近容量越大。一般來說，光伏并網(wǎng)的最佳容量值低于地方電網(wǎng)負(fù)荷值，通過試驗(yàn)證明，光伏并網(wǎng)最佳容量值應(yīng)當(dāng)為地方電網(wǎng)負(fù)荷值的30%，此時(shí)能夠更好的發(fā)揮出光伏并網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)這也是檢驗(yàn)光伏電網(wǎng)對(duì)地方電網(wǎng)線損影響的重要依據(jù)。

2.2光伏電源位置影響的分析

假設(shè)光伏電源板的容量為15MW，光伏電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)、電站的間距相等，同時(shí)忽略電站聯(lián)絡(luò)線的影響，從而減少計(jì)算量。在這一前提下，通過實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)變更光伏電源接入位置時(shí)，線損率也會(huì)隨之發(fā)生變化。具體變化情況如表1。20號(hào)和11號(hào)節(jié)點(diǎn)分別是地區(qū)電網(wǎng)線損率的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)，深入分析發(fā)現(xiàn)11號(hào)節(jié)點(diǎn)的總負(fù)荷量為10.2MW，占地方電網(wǎng)的負(fù)荷率的16.9%，此時(shí)光伏電源平均出力率為7.9MW。也就是說此時(shí)可以完全消耗光伏電源的出力量。而當(dāng)光伏電源接入到10號(hào)或9號(hào)節(jié)點(diǎn)時(shí)，雖然因?yàn)殡x最佳節(jié)點(diǎn)近，總負(fù)荷量依然較小，但線損率仍有較小的變化。由此可知，電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、光伏電源總體容量、光伏電源平均出力率、光伏并網(wǎng)負(fù)荷分布、地方電網(wǎng)負(fù)荷率都會(huì)對(duì)光伏電源最佳接入產(chǎn)生影響。

2.3光伏電源接入電壓等級(jí)的分析

電壓等級(jí)也是影響光伏電源對(duì)地區(qū)電網(wǎng)線損率的重要因素之一，可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明。在進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，需要滿足以下前提：1）地方電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不變。2）接入節(jié)點(diǎn)選擇實(shí)例地區(qū)電網(wǎng)24節(jié)點(diǎn)中的第18個(gè)節(jié)點(diǎn)。3）為了減少計(jì)算結(jié)果的隨機(jī)性，要以地方電網(wǎng)和光伏并網(wǎng)網(wǎng)架相關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)不變作為實(shí)驗(yàn)前提。4）在實(shí)驗(yàn)過程中，光伏并網(wǎng)最低負(fù)荷的比例取值為地方電網(wǎng)的15%。在上述實(shí)驗(yàn)條件下，通過進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得出結(jié)論：在參數(shù)不變的情況下，電壓等級(jí)越高，地方電網(wǎng)的線損率隨之降低，兩者之間是反比關(guān)系。

2.4光伏剩余電量不完全消納

在臺(tái)區(qū)內(nèi)部，分布式光伏電源的電量超出了用戶的用電需求，但是在臺(tái)區(qū)分配時(shí)，電量無法在臺(tái)區(qū)完成消納，同時(shí)還會(huì)留有部分上網(wǎng)電量，需要經(jīng)由其他臺(tái)區(qū)進(jìn)行消納，此時(shí)臺(tái)區(qū)電能表會(huì)呈現(xiàn)出反向有功電量。在這種環(huán)境之下，臺(tái)區(qū)內(nèi)部的電流潮流方向會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榉植际焦夥娫吹挠脩舫绷鳎⑼ㄟ^分流面向其他用戶實(shí)現(xiàn)電量供給，滿足其負(fù)荷需求。在這一供給過程中，臺(tái)區(qū)配變系統(tǒng)會(huì)由于反向有功電量而啟動(dòng)方向升壓，從而使剩余電量可以進(jìn)入到公共電網(wǎng)當(dāng)中，公共電網(wǎng)內(nèi)的剩余電量可以為某臺(tái)區(qū)用戶負(fù)荷需求高時(shí)段提供供電，從而實(shí)現(xiàn)電量的應(yīng)用。

2.5光伏含有剩余電量的線損核算

在臺(tái)區(qū)內(nèi)部，用戶安裝了分布式光伏電源進(jìn)行電量的獲取，光伏電源的發(fā)電總量提供給用戶進(jìn)行用電上網(wǎng)后，電量多余的部分經(jīng)由臺(tái)區(qū)電網(wǎng)向其他用戶提供，并由其他用戶進(jìn)行消納，此時(shí)需要重新調(diào)整線損的核算計(jì)量方式。在發(fā)生有剩余電量的情況之下，臺(tái)區(qū)內(nèi)電網(wǎng)需要對(duì)多余的電量進(jìn)行接納并重新進(jìn)行分配，因此此時(shí)臺(tái)區(qū)電網(wǎng)的潮流方向?qū)嶋H上發(fā)生了根本性的改變，潮流電量除了流向傳統(tǒng)電網(wǎng)用戶之外，還會(huì)流向就近的已安裝分布式光伏電源的用戶，從而使臺(tái)區(qū)內(nèi)的供電環(huán)境和供電結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本變化。在進(jìn)行電能計(jì)量時(shí)，除了需要對(duì)臺(tái)區(qū)電網(wǎng)電能表抄表數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)之外，還需要對(duì)分布式光伏電源的電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，而傳統(tǒng)計(jì)量方法和售電計(jì)費(fèi)方法主要以燃煤標(biāo)桿電價(jià)進(jìn)行電費(fèi)計(jì)量，并由電網(wǎng)公司進(jìn)行統(tǒng)一收取，因此傳統(tǒng)電能計(jì)量并未考慮實(shí)際的光伏電源聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。

結(jié)語

綜上所述，分布式光伏電源的安裝和使用隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸普遍，在與公共電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行后，兩個(gè)方面的供電方案相互結(jié)合，導(dǎo)致電量的計(jì)量方式和線損核算方式也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)整。相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)核算時(shí)，除了需要進(jìn)行精準(zhǔn)、細(xì)心的抄表數(shù)據(jù)對(duì)比分析之外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)光伏電源的電量使用情況做出判斷，從而形成線損核算方案。

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