分布式光伏接入對電網(wǎng)的多維度綜合影響分析

梁棟，孔巧玉，王鵬，馬龍，李文君

（國網(wǎng)甘肅省電力公司臨夏供電公司，甘肅 臨夏 731100）

近年來，我國電力系統(tǒng)中的并網(wǎng)的新能源裝機容量不斷擴大，光伏作為一種典型的新能源形式，在電網(wǎng)中的電量占比也在不斷提高。在配電系統(tǒng)中，大規(guī)模分布式光伏接入后，為了全面分析評估分布式光伏接入對地區(qū)電網(wǎng)的影響，應(yīng)對分布式光伏接入進行多指標、多特性、多維度全面檢測和深度管控，并根據(jù)檢測的運行情況，進行具體的分析決策，并編制出合理的分布式光伏管控治理方案，以降低分布式光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)運行帶來的影響。

1 分布式光伏多維度影響指標

1.1 功率平衡

由于分布式光伏的出力具有波動性和間歇性的特性，如果分布式光伏在電網(wǎng)中的滲透率較高，則會對電網(wǎng)的功率平衡帶來一定的挑戰(zhàn)。電網(wǎng)的功率平衡約束可以采用如式（1）表達。

在上式（1）中，PG,i和QG,i分別為系統(tǒng)的有功和無功功率，PD,i和分別為系統(tǒng)中負荷的有功和無功功率需求；NB為系統(tǒng)中的總節(jié)點數(shù)。分布式光伏接入后，會使得電網(wǎng)中的綜合電源功率也具有一定的隨機性和波動性，對于電網(wǎng)的功率調(diào)節(jié)能力和抗擾動性都具有較高的要求。

1.2 電能質(zhì)量

由于在光伏發(fā)電系統(tǒng)中采用了較多的電力電子裝置，分布式光伏并網(wǎng)后，對電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響主要包括諧波含量、電壓水平、三相不平衡等。其中分布式光伏并網(wǎng)后，系統(tǒng)各個節(jié)點電壓偏差的綜合評估指標如式（2）所示。

式中，N和T分別為系統(tǒng)中的總節(jié)點數(shù)和分布式光伏管控平臺對電壓的檢測時段數(shù)；UN為系統(tǒng)的額定電壓，Uij為第i個節(jié)點在第j個時段的電壓數(shù)值。通過綜合考慮系統(tǒng)中所有的節(jié)點在各個檢測時段的電壓偏差值，從而較全面地評估系統(tǒng)的電壓水平。同時，系統(tǒng)諧波畸變率也是重要的電能質(zhì)量評估指標，在分析光伏接入對電網(wǎng)的影響中應(yīng)進行考慮，可以采用式（3）表示。

式中，fTHi為系統(tǒng)的諧波畸變率，Ik為系統(tǒng)中第k次諧波電流的方均根數(shù)值，Ii為基波電流的方均根數(shù)值，將兩者相除，從而得出系統(tǒng)的諧波畸變率。

1.3 電網(wǎng)運行穩(wěn)定性

分布式光伏一般接入配電網(wǎng)，使得配電網(wǎng)的潮流具有雙向流動的特性，會對電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性造成一定的影響。此外，光伏并網(wǎng)還會對系統(tǒng)其他方面造成影響，如對繼電保護系統(tǒng)的影響。分布式光伏并網(wǎng)后，所增加的短路電流主要從光伏并網(wǎng)點流向短路點，故會改變短路電流的大小和方向，系統(tǒng)的繼電保護定值需要重新按照分布式光伏并網(wǎng)后的系統(tǒng)情況進行整定計算。

2 分布式光伏接入評估及治理方案分析

2.1 分布式光伏接入容量評估

在制定分布式光伏接入治理方案過程中，應(yīng)綜合利用所監(jiān)測到的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，制定詳細的應(yīng)對措施，保證系統(tǒng)的運行安全穩(wěn)定。首先地區(qū)電網(wǎng)對分布式光伏的承載能力具有上限，為了保證系統(tǒng)的電能質(zhì)量、系統(tǒng)運行穩(wěn)定性等方面符合電網(wǎng)運行所規(guī)定的要求，應(yīng)評估出系統(tǒng)對分布式光伏的接納能力。當(dāng)某個局部電網(wǎng)接入的光伏電站容量已接近其允許的接納容量，此時，在該電網(wǎng)中應(yīng)不再安排新的光伏電站并網(wǎng)。在分布式光伏接納能力評估模型中，可以以分布式光伏消納電量最大、電壓偏差最小、系統(tǒng)諧波畸變率最小為目標函數(shù)，如下式（4）所示。

評估模型中的約束條件主要包括系統(tǒng)的功率平衡約束、節(jié)點電壓和支路潮流約束、光伏出力約束等，分別如下式所示。

上式（5）為支路潮流約束、式（6）為節(jié)點電壓約束、式（7）為光伏的出力約束。建立分布式光伏接納能力評估模型后，就可以采用算法進行求解。對于優(yōu)化算法的選擇，一般數(shù)值計算的方法迭代效率較高，次數(shù)較長，能夠較快地收斂，并找到最優(yōu)解，本文采用內(nèi)點法對所建立的模型進行求解，具體的求解流程如圖1所示。

2.2 分布式光伏接入的治理方案

圖1 內(nèi)點法計算流程圖

當(dāng)分布式光伏的接入容量在合理的范圍內(nèi)時，為了進一步提高系統(tǒng)運行的安全性，需要采取相應(yīng)的措施保證光伏并網(wǎng)后的系統(tǒng)穩(wěn)定性。對于分布式光伏接入的治理方案，由于分布式光伏接入會對系統(tǒng)的電壓水平影響較大，故可以采用光伏逆變器無功控制的方法，降低分布式光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)的電壓影響，對分布式光伏接入進行治理。這種光伏逆變器無功控制的功率輸出表達式如式（8）所示：

式中，P、Q、S分別為光伏逆變器的有功功率、無功功率和視在功率，光伏逆變器可以根據(jù)系統(tǒng)的運行電壓情況，實時調(diào)整系統(tǒng)的無功功率輸出，保證系統(tǒng)的無功功率充裕，使得系統(tǒng)的運行電壓滿足相應(yīng)的要求，能夠治理光伏并網(wǎng)后的電壓問題。

同時，為了提高對分布式光伏的治理效果，可以采用提高分布式光伏系統(tǒng)自發(fā)自用率的方法。目前，電力系統(tǒng)的運行面臨的變化較大，主要問題有：一是電力負荷峰谷差増大，對系統(tǒng)的調(diào)峰能力要求較高，如果常規(guī)發(fā)電機組頻繁啟停，則對機組的壽命帶來較大的影響，不利于常規(guī)發(fā)電機組的經(jīng)濟運行。二是電網(wǎng)中受到的諧波污染較大，容易帶來安全穩(wěn)定性方面的問題。三是用戶對供電可靠性的要求較高，必須保證可靠的電力供應(yīng)。為了應(yīng)對大規(guī)模分布式光伏并網(wǎng)，可以通過在分布式光伏系統(tǒng)中加入儲能單元，調(diào)節(jié)儲能單元出力，白天對蓄電池自動充電，夜晚對蓄電池放電，并采用PI控制器使分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)點恒功率用電，在保證電池使用壽命基礎(chǔ)上，經(jīng)過能量平移的方式，實現(xiàn)分布式光伏發(fā)電單元的發(fā)電量大部分由分布式光伏系統(tǒng)內(nèi)部負荷消納，提高分布式光伏系統(tǒng)自發(fā)自用率。

3 結(jié)語

隨著地區(qū)電網(wǎng)中的分布式光伏裝機容量不斷提高，急需評估出系統(tǒng)對分布式光伏的承載能力，并制定出相應(yīng)的分布式光伏治理方案。本文所分析的分布式光伏評估方法和相應(yīng)的治理方案，可以在實際中進行應(yīng)用。