評估電壓偏差與諧波約束下配網光伏最大滲透率

盧紹群+龔根平

摘要本文以三相不平衡的電網系統為研究對象，于對應位置接進分布式光伏，通過OpenDSS軟件處理該光伏接入電網系統后諧波電壓畸變率、節點電壓偏差，以IEEE519-1992諧波標準、ANSIC84.1-2006穩態電壓標準為標準，評估電壓偏差與諧波約束下配網光伏最大滲透率。研究結果證明，光伏的最大滲透率主要與線路參數、拓撲結構有關，當光伏的接入點與饋線首端距離越近時，滲透率也會相應提升。

關鍵詞分布式光伏；諧波約束；電壓偏差；最大滲透率

根據傳統配電網絡的運行經驗可知，在線路中重新接入分布式電源時，很有可能對電力輸送過程產生不良影響，因此，如何克服分布式電源給電力系統帶來的問題，是當前電力企業必須思考與解決的問題。當前針對分布式電源的研究案例較少，通常都以光伏系統為基礎，如EL功率模型，以光伏并網逆變器為主要設備，設計出光伏并網體系等。本文以3個不同規模的三相不平衡配電網系統為例，即IEEE13、IEEE123、IEEE37，分析此3個系統基于電壓偏差與諧波約束下配網光伏的最大滲透率。

1電力系統中理論概念基礎分析

1.1光伏模型

仿真模型使用三相不平衡潮流計算軟件——OpenDSS軟件，光伏模型使用該軟件內部平臺供應的系統模型，光照的溫度、強度可決定光伏陣列輸出功率大小。計算諧波潮流時，需嚴格按照光伏并網接口特性（IEC 61727-2004）標準，設置不同次諧波的輸出參數，并利用潮流計算，計算出一天之內負荷節點電壓偏差與電壓畸變率與光照溫度、強度之間的關系。

1.2諧波、電壓與光伏的關系

基于仿真、諧波建模的角度分析，光伏是指往配電饋線位置輸入諧波的一種非線性負荷，在功率變換器的作用下，光伏會不斷產生出諧波電流，當諧波電流數值過大時，配電系統電壓畸變率將會超過畸變限值。同時，將光伏接到配電網絡后，其雖然不會參與到電壓的調節過程，但因光伏會輸出有功功率，會直接轉變線路功率，進而使得節點電壓發生變化，光伏的有功功率輸出越大，電壓變化也會越大。

1.3配電系統

配電系統在地電容不平衡、電力系統符合不平衡的情況下，會引發三相不平衡的問題，受到配電系統參數設置、拓撲結構不相同等因素的影響，光伏最大滲透率也會發生一定變化。本文選取的節點IEEE13、IEEE123、IEEE37均來源于IEEE系統，其屬于多分支、多節點的樹狀型配電系統，包含不同種類的負荷，如三相、兩相負荷等。

1.4選取恰當的光伏接入位置

光伏滲透率是指光伏總安裝容量與負荷峰值視在功率的比值，具體計算公式如下所示：

光伏滲透率=光伏總安裝容量/配電網絡負荷峰值視在功率

為研究配電系統中不同位置分布式光伏對于系統電能輸送的影響，應先選定系統，并按照饋線電源與節點之間的距離，對負荷節點排序，利用輸電線路總長度，計算饋線首端與節點的距離，把節點到饋線首端的最長、最短距離作為兩個端點，并劃分為3個均勻的區間，制定“首端”“中部”“末端”“隨機”“均勻”5個接入方案，把分布式光伏接入對應的節點，并不斷提升光伏滲透率，仔細記錄負荷節點的諧波畸變率、節點電壓。

2研究案例

本文以3個不同規模的三相不平衡配電網系統為例，即IEEE13、IEEE123、IEEE37，在該3個節點處接入光伏，利用仿真系統計算出不同節點位置光伏運行中的諧波、電壓畸變率，并計算其最大值，直到最大值超過相關標準的限值。其中光伏最大滲透率的計算公式如下所示：

其中：P代表電壓偏差與諧波約束下光伏最大滲透率；

P代表電壓偏差約束下光伏最大滲透率；

P代表諧波約束下光伏最大滲透率。

2.1IEEE測試系統13節點研究結果

IEEE測試系統13節點僅有一個單相調壓器，放置在主電配電變壓器的下方，包括單相電容器與三相電容器，經過仿真軟件處理后，發現IEEE測試系統13節點中，基于電壓偏差約束下配網光伏的最大滲透率均大于50.0%，諧波約束下光伏的最大滲透率均大于100.0%。

2.2IEEE測試系統123節點研究結果

IEEE測試系統123節點中包含單相調壓器、三相調壓器各2個，于饋線末端位置設置接地電容4個，經過仿真軟件處理后，發現IEEE測試系統123節點中，電壓偏差約束下的光伏最大滲透率均較小，諧波約束下光伏的最大滲透率均超過100.0%，說明電壓偏差是影響光伏最大滲透率的重要因素。

2.3IEEE測試系統37節點研究結果

IEEE測試系統37節點中包含單相調壓器2個，均設置在變壓器下方，沒有其他固定電容器，經過仿真軟件處理后，發現IEEE測試系統37節點中，電壓偏差約束下的光伏最大滲透率均超過100.0%，諧波約束下的光伏最大滲透率比較小。

從IEEE13、IEEE123、IEEE37三個不同節點的實驗數據可知，不同系統的光伏最大滲透率差異較大，說明饋線結構的不同、節點位置的不同均會影響到光伏最大滲透率。

3基于電壓偏差、諧波約束下光伏最大滲透率

根據實驗結果可知，如果考慮下游光伏出力與調壓器之間的關系，當電壓偏差已經超過極限時，可直接改變調壓器的抽頭值、調整調壓器的補償阻抗，以增加光伏最大滲透率。從諧波約束的角度分析，末端位置的光伏最大滲透率均小于中部、首端位置，說明基于諧波約束下，光伏最大滲透率與饋線結構有關系。

4結論

綜上所述，本文以3個不同規模的三相不平衡配電網系統為例，于對應的節點接入光伏電源，評估出電壓偏差與諧波約束下配網光伏最大滲透率，其具體的結論分為以下幾方面：首先，在配電網絡上接入一定容量的光伏，會直接對饋線諧波、電壓產生影響，電壓、諧波電壓畸變率與光伏容量呈現出正相關的關系；其次，電壓偏差與諧波約束下的配網光伏滲透率與饋線首端的距離有著密切聯系，越接近饋線首端時，光伏滲透率會越大，因此，在設置光伏接入位置時，可考慮靠近變壓器一側；最后，受到配網系統參數設置、拓撲結構的不同，最大光伏滲透率的約束條件也會發生相應變化，電網研究人員應根據諧波與電壓的約束條件，處理好光伏滲透率，確保電能輸送的順利進行。