分布式光伏接入对电网的多维度综合影响分析

2021-03-03梁栋孔巧玉王鹏马龙李文君

中国设备工程 2021年4期

梁栋，孔巧玉，王鹏，马龙，李文君

（国网甘肃省电力公司临夏供电公司，甘肃临夏 731100）

近年来，我国电力系统中的并网的新能源装机容量不断扩大，光伏作为一种典型的新能源形式，在电网中的电量占比也在不断提高。在配电系统中，大规模分布式光伏接入后，为了全面分析评估分布式光伏接入对地区电网的影响，应对分布式光伏接入进行多指标、多特性、多维度全面检测和深度管控，并根据检测的运行情况，进行具体的分析决策，并编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网对电网运行带来的影响。

1 分布式光伏多维度影响指标

1.1 功率平衡

由于分布式光伏的出力具有波动性和间歇性的特性，如果分布式光伏在电网中的渗透率较高，则会对电网的功率平衡带来一定的挑战。电网的功率平衡约束可以采用如式（1）表达。

在上式（1）中，PG,i和QG,i分别为系统的有功和无功功率，PD,i和分别为系统中负荷的有功和无功功率需求；NB为系统中的总节点数。分布式光伏接入后，会使得电网中的综合电源功率也具有一定的随机性和波动性，对于电网的功率调节能力和抗扰动性都具有较高的要求。

1.2 电能质量

由于在光伏发电系统中采用了较多的电力电子装置，分布式光伏并网后，对电网电能质量的影响主要包括谐波含量、电压水平、三相不平衡等。其中分布式光伏并网后，系统各个节点电压偏差的综合评估指标如式（2）所示。

式中，N和T分别为系统中的总节点数和分布式光伏管控平台对电压的检测时段数；UN为系统的额定电压，Uij为第i个节点在第j个时段的电压数值。通过综合考虑系统中所有的节点在各个检测时段的电压偏差值，从而较全面地评估系统的电压水平。同时，系统谐波畸变率也是重要的电能质量评估指标，在分析光伏接入对电网的影响中应进行考虑，可以采用式（3）表示。

式中，fTHi为系统的谐波畸变率，Ik为系统中第k次谐波电流的方均根数值，Ii为基波电流的方均根数值，将两者相除，从而得出系统的谐波畸变率。

1.3 电网运行稳定性

分布式光伏一般接入配电网，使得配电网的潮流具有双向流动的特性，会对电网运行的稳定性造成一定的影响。此外，光伏并网还会对系统其他方面造成影响，如对继电保护系统的影响。分布式光伏并网后，所增加的短路电流主要从光伏并网点流向短路点，故会改变短路电流的大小和方向，系统的继电保护定值需要重新按照分布式光伏并网后的系统情况进行整定计算。

2 分布式光伏接入评估及治理方案分析

2.1 分布式光伏接入容量评估

在制定分布式光伏接入治理方案过程中，应综合利用所监测到的系统运行数据，制定详细的应对措施，保证系统的运行安全稳定。首先地区电网对分布式光伏的承载能力具有上限，为了保证系统的电能质量、系统运行稳定性等方面符合电网运行所规定的要求，应评估出系统对分布式光伏的接纳能力。当某个局部电网接入的光伏电站容量已接近其允许的接纳容量，此时，在该电网中应不再安排新的光伏电站并网。在分布式光伏接纳能力评估模型中，可以以分布式光伏消纳电量最大、电压偏差最小、系统谐波畸变率最小为目标函数，如下式（4）所示。

评估模型中的约束条件主要包括系统的功率平衡约束、节点电压和支路潮流约束、光伏出力约束等，分别如下式所示。

上式（5）为支路潮流约束、式（6）为节点电压约束、式（7）为光伏的出力约束。建立分布式光伏接纳能力评估模型后，就可以采用算法进行求解。对于优化算法的选择，一般数值计算的方法迭代效率较高，次数较长，能够较快地收敛，并找到最优解，本文采用内点法对所建立的模型进行求解，具体的求解流程如图1所示。

2.2 分布式光伏接入的治理方案

图1 内点法计算流程图

当分布式光伏的接入容量在合理的范围内时，为了进一步提高系统运行的安全性，需要采取相应的措施保证光伏并网后的系统稳定性。对于分布式光伏接入的治理方案，由于分布式光伏接入会对系统的电压水平影响较大，故可以采用光伏逆变器无功控制的方法，降低分布式光伏并网对系统的电压影响，对分布式光伏接入进行治理。这种光伏逆变器无功控制的功率输出表达式如式（8）所示：

式中，P、Q、S分别为光伏逆变器的有功功率、无功功率和视在功率，光伏逆变器可以根据系统的运行电压情况，实时调整系统的无功功率输出，保证系统的无功功率充裕，使得系统的运行电压满足相应的要求，能够治理光伏并网后的电压问题。

同时，为了提高对分布式光伏的治理效果，可以采用提高分布式光伏系统自发自用率的方法。目前，电力系统的运行面临的变化较大，主要问题有：一是电力负荷峰谷差増大，对系统的调峰能力要求较高，如果常规发电机组频繁启停，则对机组的寿命带来较大的影响，不利于常规发电机组的经济运行。二是电网中受到的谐波污染较大，容易带来安全稳定性方面的问题。三是用户对供电可靠性的要求较高，必须保证可靠的电力供应。为了应对大规模分布式光伏并网，可以通过在分布式光伏系统中加入储能单元，调节储能单元出力，白天对蓄电池自动充电，夜晚对蓄电池放电，并采用PI控制器使分布式光伏系统并网点恒功率用电，在保证电池使用寿命基础上，经过能量平移的方式，实现分布式光伏发电单元的发电量大部分由分布式光伏系统内部负荷消纳，提高分布式光伏系统自发自用率。