分布式光伏接入容量、位置和方式對多臺區網絡的影響研究

楊 瀟 ,程 倫 ,孟 良 ,李曉軍 ,李均強

(1.國網河北省電力有限公司電力科學研究院,河北 石家莊 050021;2.國網河北省電力有限公司,河北 石家莊 050021)

0 引言

分布式光伏(Distributed Photovoltaic,DP)一般是指個人或家庭利用屋頂空間,采用光伏設備將太陽能轉化為電能的發電系統,具有不額外占用土地,投資少等優點,是現代扶貧的重要手段之一[1-6]。截至2019年12月,河北南網分布式光伏裝機36.75 MW,同比增長37.2%,仍處于快速增長階段。其裝機容量已超過風電,接近集中式光伏并網容量(風電并網容量29.48 MW,集中式光伏并網容量41.28 MW)。

但是DP的大量接入改變了配電網潮流單一流向的局面,很大程度影響了線路潮流和電壓大小,部分線路甚至出現電流過載、電壓越限,成為影響配電網損耗的重要因素之一。因此為降低DP接入后網絡損耗,需要分析DP 接入容量、接入位置和接入方式對電壓、損耗的影響。

1 多臺區分布式光伏網損計算

以輻射式配電網為例,設其具備N個電氣節點,對第k臺區網絡損耗進行分析計算,如圖1所示[7]。

圖1 分布式電源接入線路k 段i節點處示意

DP接入配電網之前,第k臺區線路的網絡損耗為

式中:P ki和Q ki分別為第k臺區節點i處負荷的有功和無功;R k為第k臺區電阻值;U i為節點i的母線電壓。

DP接入配電網之后,第k臺區線路的i節點注入功率為

式中:P ki_dpv和Q ki_d pv分別為第k臺區節點i處的DP有功功率和無功功率;因此,DP 接入后配電網的網絡總損耗分別為P′loss,計算式如下

2 多臺區分布式光伏網損仿真分析

以SC村分布式光伏為例,其臺區分布結構如圖2所示,計算條件為電壓偏差7%,線路額定電壓10.5 kV、100 MVA 短路容量,變壓器400 kVA容量、短路阻抗4.05%、變比10.5/0.4。

圖2 臺區分布示意

2.1 DP接入容量不同對網絡損耗的影響

DP并網位置選取饋線2上首端臺區節點10、中端臺區節點6和末端臺區節點9,對比接入容量不同對系統網絡損耗的影響,光伏電源接入容量按照公式(6)變化:

式中:P load1為饋線1負荷;P load2為饋線2負荷;首項a1=0,公差d=0.1,n∈[1,10],仿真結果如圖3。

圖3 不同并網位置情形下接入容量變化時的網損率

由圖3可見,無論光伏電源的并網位置在哪個臺區節點,隨P dpv增加,網損率先減小后增大,即斜率一直增加的U 型拋物線。從臺區9并網曲線可以看出,當Pdpv達到某一限值時,網損率會超過無光伏接入時的網損率。此外,隨著光伏并網位置靠近饋線末端,使網損率達到最小的P dpv逐漸減小,而網損率的極值點先減小后增大。因此在針對某一地區DP 整體接入單一臺區時,需要依據其在饋線或整體配電網的節點位置,合理選擇DP接入容量。

2.2 DP并網位置不同對網絡損耗的影響

分別選取P dpv達到饋線1 和2 負荷總和的10%、30%、50%和70%,DP 并網點分別選取臺區3到9,仿真對比不同P dpv下并網臺區對系統網絡損耗的影響,仿真結果如圖4所示。

圖4 不同接入容量情形下并網位置變化時的網絡損耗

當P dpv較小時,當并網臺區越靠近末端,則網損率越小。主要原因是DP對饋線末端有電壓抬升作用的同時降低了饋線電流。但當P dpv較大時,隨并網臺區逐步趨向饋線末端時,網損率呈斜率一直增加的U 型拋物線。并且P dpv越大,使網損率達到最小的光伏并網點越靠近饋線首端。因此當DP只有一個并網臺區時,若P dpv較小,并網點應盡量接入線路末端節點;若P dpv較大,并網點應盡量在線路首端到中端之間,在降低損耗同時避免分布式光伏電壓抬升作用對主網的影響。

2.3 DP接入方式不同對網絡損耗的影響

在DP總有功出力相同的條件下,分析DP分散接入不同臺區(臺區節點10、6、9,出力平均分配)和集中接入單一臺區時網損情況。設定P dpv按照公式(6)變化,仿真結果如圖5所示。

圖5 光伏分散接入饋線與集中接入饋線時的網絡損耗

由圖5可知,當P dpv較小時,無論何種接入方式均能達到降低損耗的效果,并且分散接入和中端臺區節點集中并網的效果較優。當P dpv越大,光伏分散接入多個臺區時的降損效果越優,而末端臺區節點集中并網的降損效果越差。因此對有多個分布式光伏并網臺區時應選擇P dpv平均接入各并網點。但分散接入時需要考慮電壓協調控制,防止出現并網點間或饋線間無功流動。

2.4 仿真結果分析總結

通過分析DP 接入容量、位置和方式三項因素對網損和電壓的影響,得出隨P dpv接入容量增加網絡損耗先減小后增大、容量較大且只有單一并網點時應盡量在線路中端并網、有多個并網點時應選擇平均分散接入等結論。DP 按照上述結論并網會取得較優的網損和電壓效果。

3 結束語

針對安裝DP的網絡可采取以下降損措施:

a.為了減少損耗,光伏出力應盡可能在臺區內消納,可使用市場手段鼓勵用戶安裝冷、熱、電聯產裝置,在分布式發電出力超過本地負荷時進行制冷、制熱,既滿足用戶生活需求,又達到減少網損的目的。

b.對于當光伏接入容量較小時,DP應盡量接入線路末端節點。

c.對于企業級DP 安裝(光伏接入容量較大時),應盡可能分散安裝在饋線首端-中端各臺區之間,同時要求加裝電壓協調控制子站,方便后期納入配網電壓集中控制。