光伏發電系統與配電網的交互影響

摘 要 隨著我國經濟發展水平的不斷提高，電力建設取得了顯著成效，本文將基于分布式光伏發電諧波源特性與功率波動特性，分析分布式光伏接入配電網諧波、電壓波動影響。仿真分析含有多接入點分布式光伏發電配電網諧波傳輸與放大特性影響，結果顯示了這一配電網中諧波傳輸與放大特性存在復雜性，與功率波動密切相關的是母線節點短路容量與電壓波動。

【關鍵詞】多接入點 分布式 光伏發電系統 配電網交互

鑒于光伏發電系統應用到了逆變器等電力裝置，同時也產生了大量的諧波，對電力系統造成了較大干擾，當前，單點光伏發電系統并網對電網諧波影響方面的研究主要集中在不同接入位置與容量對配電網諧波電壓與電流的影響上。鑒于配電網內部諧波源非常多，有著分布參數特性，且放大特征更加的復雜，難以通過單點光伏發電系統諧波性將整體的多接入分布式光伏發電系統的諧波特性得到。由此，此次研究應用仿真技術從系統角度對多接入點分布式光伏配電網諧波傳輸、諧波疊加、分布等方面內容進行研究，從而分析這些內容對網點諧波特性與電壓波動產生的影響。

1 分布式光伏配電網諧波機理分析

在配電網中介入分布式光伏發電系統后，對配電網的諧波產生影響的是接入位置、方法等，需要將分布式光伏發電系統配電網等效電路建立出來，從而更好的分析諧波傳輸與諧波分布特性及機理。

當多個分布式光伏接入到配電網后，不同光伏控制獨立存在，將產生不同的諧波，諧波電流疊加與常規電流有著相似的原理，各個諧波源電流的矢量和就是疊加后諧波電流。另外，如果應用相同型號的光伏逆變器，且逆變器控制同步時，多接入點分布式光伏并網對電網諧波有更大的影響。

2 分布式光伏的配電網電壓波動

分布式光伏引起的電網電壓波動機理是多樣的且復雜的，需要綜合對光伏功率波動大小與并網點短路容量綜合考慮，同時需要考慮阻抗比R/X與光伏功率因數。網點電壓波動與光伏功率波動量存在密切相關性，網點電壓波動越大，光伏功率波動量就會隨之增大。通常，光伏輸出功率因數為1，且并網點到電源間的距離較短，容易使電壓波動縱軸分量減少，電壓波動大小將與等效阻抗存在反比關系，而與電壓波大小、等效阻抗呈現出正比關系。基于以上分析可以了解，當等效阻抗減少時，并網電壓波也會隨之變小。

3 仿真分析

3.1 構建仿真模型

為了更好開展配電網特性仿真研究，構建仿真算例，其結構見下圖2所示。圖中分布眾多的任意主干支路節點，且不同節點之間有著相等的距離，采用的線路為架空線路，不同負荷支路采用的是銅導線，且均按照負荷容量選用不同型號材料。

3.2 諧波仿真

理想電網條件下的諧波仿真負荷節點處的容量為85KW，占總負荷的2/3左右，此次研究應用到DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件開展電磁暫態仿真。在分布式光伏L3點接入，對接入后的各母線節點諧波電流仿真模擬并分析，同時按照仿真結果對諧波電流幅值進行統計。N4節點后線路等效阻抗開始增大，由此，從N5開始諧波電流為0，此時負荷阻抗依然是最大的，由此，諧波電流流入共同電網大部分是通過配電網主干線實現的。分布式光伏在L1～L5點接入時，不同接入點諧波電壓與電流存在差異，當接入至L5節點時，諧波電流幅值增大，公共連接點的等效阻抗最小的是L1，由此，光伏接入產生的諧波電壓也偏小，仿真結果顯示了，接入點諧波電流如果有較小的變化，說明配電網諧波電壓分布曲線中光伏并網點有所提升，說明此處的諧波電壓水平較其他節點高。

非理想電網條件下諧波仿真。通過仿真分析，建立仿真平臺，在平臺中對控制模塊自定義，模擬電網背景諧波通過交流電壓源中加入指定次數與含量實現；仿真中電網與電壓含有不同諧波電壓，含量占5%。電網含有低次諧波時，分布式光伏系統同樣會將低次諧波流量輸出，且諧波次數與光伏輸出增大的諧波次數存在相關性。通過仿真結果可以了解到，如果中心為零序諧波，則與負序諧波之間相互影響，以上的仿真結果是解耦控制策略，在這一控制策略中，會使含有諧波電網電壓隨機方式進入到控制系統內，從而增大了輸出諧波電流。由此，這種電網條件對光伏逆變器控制提出了更高的控制要求。

3.3 電壓波動仿真

利用DIgSILENT/PowerFactory仿真軟件對分布式光伏發電功率波動時對配電網電壓影響進行仿真分析，仿真結果顯示了，各個母線的節點電壓波動有著一定規律，電壓波動較大的是母線L2，電壓波動值為d=0.652%。鑒于L2節點光伏中的功率變化較大，非常容易造成電壓波動頻繁。另一個電壓波動較大的是L5，電壓波動為d=0.682%，鑒于L5節點與平衡節點電氣距離較大，但是容量則偏小，由此，雖然功率小，但是此處的電壓波動依然非常大。電壓波動最小的是N0，電壓波動為d=0.056%，鑒于N0母線與平衡節點處有著較小的電氣距離，由此，此處有著較大的短路容量，電壓波動也是最小的。通過以上分析可以發現，光伏并網點中有著嚴重的電壓波動，且與功率波動越靠近，電壓波動的將越大。

4 結束語

本文主要對多接入點分布式光伏發電系統接入配電網交互影響進行了分析，可以發現，將分布式光伏電系統接入配電網后，傳統的單光電源輻射狀網絡變為了遍布電源與用戶的多源性的互聯網絡，隨之變得復雜的是電能質量特性。針對以上仿真分析存在的問題，本次研究通過理論描述與仿真研究結合的方式探究了多接入點分布式光伏與配電網電能質量交互影響。仿真結果顯示，分布式光伏諧波電流會經由主干之路流入到公共電網中，除了光伏并網，其他負荷節點幾乎沒有諧波電流通過，且越與配電線路末端靠近，越會增強電網諧波畸形水平，電壓波動與光伏功率大小也存在相關性。

參考文獻

[1]繆立恒.分布式光伏接入對配電網穩態運行影響的研究[D].華北電力大學，2015.

[2]王亞維.高滲透率光伏發電系統中網源互動技術的研究[D].上海電力學院，2015.

作者簡介

陳浩龍（1988-），男，甘肅工業職業技術學院助理講師。電氣工程及其自動化專業。

作者單位

甘肅工業職業技術學院 甘肅省天水市 741025