电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线损精确计算方法

刘金亮， 宋文乐， 黄庆， 王立宗， 董成哲

(1.国网沧州供电公司，河北 沧州 061000；2. 国网河北省电力有限公司沧州供电分公司，河北 沧州 061001；3.北京新源绿网节能科技有限公司，北京 101100)

0 引 言

并网台区的电桩谐波对分布式光伏发电的发展造成严重影响。使用谐波分析能够精准计算接入配电网的分布式光伏发电数据，但会加重并网台区谐波污染，电压、电流均在谐波偏大条件下超过国家设定的标准值，严重损坏电网设备[1-3]。分布式光伏发电并网台区线损是配电网线损主要构成之一，也是衡量供电企业运行经济性的一项重要指标，是当前我国供电企业节能降损的主要问题。因此，精准计算并网台区线损具有必要性。

通过K-means聚类分析等值电阻参数库，实现电网线损计算。此方法简化线损计算过程，提升计算速度，但计算精度差，并且未根据负荷波动系数分析日电量分时段模拟实际台区波动情况，导致计算结果与实际情况并不吻合。为此，提出了电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线损精确计算方法[4]。

1 电桩谐波的分布式光伏发电并网形式及影响分析

电桩谐波的分布式光伏发电系统有低压线路和升压线路两种并网模式，并网结构如图1所示。

图1 并网结构

图1中：C1为直流稳压电容；C2、C3、C4为分流电容；R1、R2、R3为分流电阻；L1、L2、L3为线圈。系统中逆变器的滤波器起到了功率波形平滑输出和靠近正弦波的作用[5-6]。并网是控制电流幅值、频率和相位的重要参量，可通过跟踪并网点电压，实现电流控制[7]。

电桩谐波的分布式光伏发电系统并网后，会产生一系列影响，尤其是电压、谐波及孤岛效应等问题。

(1) 电压影响：使用传统电压波动与负荷大小有关；电压波动是随着时间变化而发生改变的，越靠近网络末端，波动也就越明显；光伏发电是非线性直流电源，自然环境因素是制约光伏发电的主要因素[8-9]。控制光伏电站随机性较强的输出功率较难，光伏发电输出功率并网点电压也随之改变，极易因环境因素引起电压变化。

(2) 谐波影响：采用高频开关的逆变器应用到光伏发电系统之中，所产生的直流电转换为交流电时，极易产生谐波[10-13]。大量谐波会严重污染电网，当并网后的逆变器超出负载时，谐波污染给并网带来的影响更加严重。

(3) 孤岛效应：电桩谐波的分布式光伏发电系统各个逆变器相互干扰，引起较大的电流冲击，此时发电功率与负载大小一致，导致供电故障发生，未能及时检测出系统脱网，构成供电孤岛。

2 并网台区线损精确计算

设线路接入电压恒定，则第n-1和第n个负荷点之间线路阻抗为：

R′=ln(R+iK)

(1)

式中：R′为线路阻抗；ln为线路长度；R、K分别为接入点线路阻抗和电抗；i为负荷均方根电流。

由于并网电压较低，未考虑线路接地电容。将全线阻抗集中起来形成等值电路，如图2所示。

图2 线路等值图

线路有功损耗和无功损耗计算公式如下。

(2)

(3)

式中：ΔW(i)和ΔQ(i)分别为线路有功损耗和无功损耗；Ri、Si分别为等值线路电阻与电抗；Ui为电路电压；Wi和Qi分别为有功功率和无功功率。依据公式计算，可确定线路电阻Ri。

将电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线路从末端到起始端、从分支到主干划分若干个计算区域。台区线路负载不平衡时，零线出现电流，该电流直接影响零线功率，线损出现，使并网台区线路产生的总功率损耗大于平衡供电线路。

电流用Ii表示，设I1>I2>I3…>In，电流大于0。荷电流不平衡程度用λi表示，λ1=I2/I1,λ2=I3/I2,…，λn=In/In-1。设电流不平衡损失系数为α，该系数是线路中负荷电流不平衡时产生的线损值相对平衡状态下线损值的倍数，此时损失系数与平衡供电情况具有一定关系。电流不平衡损失系数为：

(4)

由上述公式可得到电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线损。

3 实例分析

图3 分层示意图

选用电网数据集中的数据作为验证电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线损精确计算方法合理性的试验样本，选择的台区为6层，共有32个节点、50个用户。分层示意图如图3所示。

依据图3所示分层结构示意图，可划分出6个层次下出现线损的区域：A1为0；A2为1-20；A3为2-3-4-17-18-19-21-22-23-26;A4为5-24-25-27;A5为6-7-8-9-28-29-30-31；A6为10-11-12-13-14-15-16。在这6各区域下，分别将前推回代算法与所研究算法的计算精确度进行对比分析，结果如下所示。

(1)A1为0和A2为1-20区域。在A1、A2区域下，分析两种算法的计算精确度，结果如表1所示。

表1 A1、A2区域下两种算法计算精确度分析 %

由表1可知：使用前推回代算法计算精确度最高可达到75%，最低也在70%以上；而使用本文研究算法计算精确度最高可达到96%，最低也为94%。因此，在A1区域下，虽然本文研究算法比前推回代算法计算精确度要高，但都在70%以上，说明两种方法在第一层台区的应用效果较好。

(2)A4为5-24-25-27区域。在A4区域下，将两种算法的计算精确度进行对比分析，结果如表2所示。

表2 A4区域下两种算法计算精确度对比分析 %

由表2可知：使用前推回代算法计算精确度在试验次数为3次时，最高达到58%，在试验次数为5次时，最低达到52%；而使用本文研究算法计算精确度在试验次数为3、4次时，最高达到92%，在试验次数为2、5次时，最低达到90%。因此，在A4区域下，使用本文研究算法比前推回代算法计算精确度要高。

4 结束语

分布式光伏发电技术具有节能环保特点，并入电网后，在电桩处注入谐波，引起各种问题，加重孤岛效应，电网不稳定运行问题也由此产生。因此，计算并网台区线损是非常必要的。使用电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线损精确计算方法，采取合理技术手段防范，以确保分布式光伏发电系统电能使用安全，使分布式光伏发电系统能够安全稳定运行。