光伏接入对电能质量的影响及配电网凹陷域预估控制

马 林，朱田田，刘桐然

（1.国网冀北电力有限公司文安县供电分公司，河北 廊坊 065800；2.国网冀北廊坊供电公司，河北 廊坊 065800）

0 引 言

为解决光伏接入对电能质量的影响，避免光伏接入后引发谐波谐振。谐波谐振会影响配电网凹陷域的正常运行或出现跳闸、生产暂停等问题，从而给电力用户带来巨大的经济损失[1]。为解决配电网凹陷域稳定性差问题，文章尝试纳入暂降幅值、持续时间和相位跳变3 个方面的因素，分析不同分布式光伏接入容量对配电网凹陷域预测结果的影响。

1 配电网凹陷域计算方法

分布式光伏接入技术支持下，计算凹陷域的方式主要包括两大类型，即故障点法和临界距离法。对于临界距离法而言，在实施过程中，如果故障发生在临界距离范围内，会影响公共连接点的敏感负荷水平。虽然计算过程简单，但仅考虑了暂降幅值因素，可能会影响预估凹陷域的精确性[2]。而故障点法是根据电压暂降特征对系统进行划分，即将系统划分为多个部分，并对各部分进行故障发生状态的模拟和仿真计算。通过这种方式，可以根据各部分的电压暂降参数和相位跳变信息来支持仿真结果，并参考特征量来准确判定凹陷域。在确保选取故障点数量充足的情况下，通过故障点算法可以获取精确度较高的预估结果，且对复杂状态下的配电网有良好适应性。因此，文章采用故障点法分析分布式光伏接入条件下配电网凹陷域预估结果。对于辐射型配电网而言，电压分配器模型如图1 所示。

图1 电压暂降条件下电压分配器模型

图中：ZS为公共连接点相对于电源系统阻抗水平；ZF为公共连接点相对于pcc 故障点线路阻抗水平。因此，故障状态下负荷点电压暂降水平为

假定临界电压用U表示，则临界距离的表达式为

式中：z为单位长度的线路阻抗。在配电网介入分布式光伏的情况下，电压分配器模型如图2 所示。

图中：Z3为PCC 点和负荷间的阻抗；Z4为光伏的等效阻抗。

由图2 可知，在接入分布式电源情况下，计算临界距离时必须考虑分布式光伏等效阻抗等因素的影响[3]。一旦接入光伏的位置、容量发生改变，配电网电压分配器模型中pcc 点和负荷间阻抗水平也会随着分布式光伏介入产生一定的变化，进而影响临界距离和准确性。

2 不同分布式光伏接入位置节点电压偏差仿真结果

在光伏容量增大的过程中，电压抬高趋势更为明显。在进行仿真试验研究时，通过增加接入光伏容量，节点电压谐波畸变率呈现上升趋势。此外，考虑到配电网线路接入节点的特点，节点858 之后的相关节点对应的电压谐波畸变率明显高于前端节点。这可能与节点距母线过远、系统短路容量降低、光伏接入产生谐波分量等问题有关，且线路末端存在严重的畸变问题。

光伏的接入在一定程度上能够控制并降低电网节点的电压偏差，但接入光伏过多可能导致电压偏差超出规定要求。为进一步分析不同分布式光伏接入位置对电能质量的影响，需要在不同关键点引入光伏并进行仿真分析。文章选取10 个节点，即800、808、850、824、854、832、858、834、848 以 及836 节点，进行数据监测。试验采用2 种方法，第一种方法是在仿真网的800 节点按4 种状态接入光伏模态量，即0 MW 接入、0.24 MW 接入、0.48 MW 接入以及0.84 MW，并根据监测点的数据变化情况，统计固定点在不同接入光伏模态量时对应的电压谐波总畸变率；第二种方法是以800、824、864 以及840 这4 个节点为光伏引入点，依次引入0.24 MW的光伏模态量，并统计同一光伏接入量的监测点数据，测量不同分布式光伏接入位置对应的电压谐波总畸变率。电压谐波总畸变率如图3 所示。

图3 电压谐波总畸变率

由图3（b）可知，在接入光伏容量保持一致的情况下，不同的接入位置会对节点电压水平产生不同影响，其中配电线路末端840 节点的电压谐波总畸变率最高[4]。因此，应优先考虑在线路中端区域接入分布式光伏。

3 光伏接入仿真结果分析

为研究分布式光伏接入条件下，不同容量对配电网电能质量的影响，文章以几种常见的故障电压波形为例进行了仿真试验，并对关键节点的10 kV 中性点谐振接地配电系统进行分析。光伏接入过程中，借助电源管理单元（Power Management Unit，PMU）监控系统量测相关节点，以预测不同仿真线路对配电网凹陷域的影响[5]。在仿真过程中引入光伏，并设置关键节点位置，仿真试验得到的单相故障相位跳变对应的凹陷域结果如图4 所示。

图4 单相故障考虑相位跳变所对应凹陷域结果

在配电线路实际运行期间，既要考虑线路长度问题，又要确保线路末端电压水平下降幅度符合规定要求，因此要对线路电压自初始端进行升压处理。同时，参考电网实际运行情况，对初始端进行1.05 倍的升压处理。当在配电网中接入光伏后，电网接收的有功功率水平会显著提高，导致节点电压上升。由于该节点靠近配电线路的末端840 节点，其对应的短路容量较小，因此光伏接入对电压上升的影响较为明显[6]。

通过分析相位跳变所对应凹陷域单相故障分析可知，在不同节点或相同节点接入分布式光伏总容量一致时，光伏对应的凹陷域相对较小[7]。为进一步分析凹陷域预估结果的影响，需要综合考虑暂降幅值、额相位跳变、持续时间等因素。

由图4 可知，在分布式光伏接入容量为0.24 MW的情况下，相位跳变因素对于808 节点与812 节点的影响可忽略不计，且808节点与812节点处于凹陷域外。与此同时，在并网容量为0.4 MW和0.84 MW的情况下，适当增加光伏容量，可以缩小凹陷域的范围[8]。

4 结 论

在光伏接入条件下，不同的接入位置会对节点电压水平产生不同影响，且随着光伏并网容量的增大，凹陷域会有一定程度的下降趋势。因此，在规划光伏接入时，应优先考虑将其设置在线路中端区域，并合理控制光伏接入容量。文章将仿真实验中的关键节点凹陷域作为判断故障的重要依据，并综合考虑暂降幅值和相位跳变等因素，获得较为准确的预估结果。实验结果表明，采用故障点法分析分布式光伏接入条件下配电网凹陷域的预估结果是有效的。为确保配电网的稳定运行，在光伏接入过程中需要进行严格的监控和预测，以预测不同仿真线路对配电网凹陷域的影响，并采取相应的措施进行控制和调整。