分布式光伏發電并網系統電壓穩定性研究

趙洪潔

摘 要 分布式光伏發電并網系統電壓穩定性研究工作對于分布式光伏發電并網系統的可靠運行具有重要意義。本文首先對分布式光伏發電并網系統作出闡述，明確系統組成以及具體系統結構，然后利用軟件展開模擬仿真分析工作，進而明確電壓穩定性影響因素，希望可以對業內起到一定參考作用。

關鍵詞 分布式 光伏發電 并網系統 電壓穩定性

中圖分類號：TM615文獻標識碼：A

在社會經濟的發展進程中，能源形勢嚴峻化現象日益嚴重，為保證人類生態環境穩定性，需要對可再生能源、清潔能源予以充分應用。在此背景下，太陽能光伏發電技術應運而生，現階段，該技術已經成為太陽能應用的重要方式。

1分布式光伏發電并網系統

1.1光伏發電系統組成

光伏發電系統組成部分主要為匯流器、光伏電池板、蓄電池以及逆變器，通常情況下，單塊電池板并不能將電流、電壓直接提供至逆變器，無法讓用戶得到380/220V交流電，因此，通常采用串并聯方式連接光伏電池板，利用匯流器匯總光伏電池板發出電能，讓逆變器得到充足電能供給。與此同時，受運行時間的延長，輸出功率穩定性可能會受到影響，因此，需要將儲能設備應用在光伏發電系統中，如電網、蓄電池，如果光伏電池輸出功率相對較高，那么利用蓄電池可以儲存多余能量，并在電網輸送。

1.2分布式光伏發電系統結構

1.2.1獨立發電系統

獨立發電系統具有運行獨立性，一般情況下，該系統可以對邊緣地區供電，讓醫院冷藏系統、家電照明系統、供水系統等系統設備得到有效運行，獨立光伏發電系統的應用可以讓邊遠地區一直存在的供電問題得到有效解決，但就目前來看，如果環境溫度發生變化、光照強度發生改變，其輸出特性可能會有變化存在，其系統運行穩定性可能會受到影響。需要對其制定定期維護策略，因此，該系統所需維護投入成本相對較高。

1.2.2并網發電系統

并網發電系統可以和電網互相連接，可以讓電網得到電能輸送，現階段，并網光伏發電系統同樣得到了廣泛應用。利用匯流設備，光伏陣列可以轉移至逆變器，逆變器可以轉換光伏所發電能為接入點公用電網一致頻率、電壓以及相位電能。在并網發電系統中，需要保證逆變器具有電能形式轉換功能，同時應具有防逆流功能、防孤島功能。在光伏電站中，需要根據接入點差異性將其劃分為差異化電壓等級接入方式以及多途徑發電方式。和獨立發電系統相比，并網發電系統設備及控制系統要求相對較高，在并網發電系統中，蓄電池主要為公用電網，并網光伏系統的建設可以讓光伏電站建設成本得以降低。

2分布式光伏發電并網系統電壓穩定性研究

分布式光伏發電并網系統電壓穩定性主要指的是分布式光伏發電并網系統在受到小擾動、大擾動后，系統電壓依然可以維持、恢復標準范圍內，不會有電壓崩潰情況產生。系統電壓穩定性直接決定了并網系統中各個設備運行正常性。通常情況下，就380V三相異步電動機而言，其工作電壓需要保證在額定電壓？%范圍，如果電動機超過此范圍運行，就會產生繞組過熱現象，如果此現象較為嚴重，就會出現燒毀情況。

2.1模型構建

在本文中，主要利用PSCAD/EMTDC電力系統電磁暫態仿真軟件構建分布式光伏電源接入低壓配電網模型，在具體應用中，使用軟件標準庫中無光伏陣列元件，可以利用模型開展仿真分析工作。在發電系統模型并網接線中，L1電阻、L2電阻分別為0.032 、0.064 ，電感分別為0.00016H、0.00032H。在配電網系統中，其終點電壓是0.4kV。在三相光伏發電系統中，主要構成部分為Boost升壓電路、光伏陣列以及逆變器，使用擾動觀測法，應用最大功率點跟蹤可以控制逆變器有功功率，可以讓電池工作保持在最大功率點，讓光伏有功處理波動性得以減少。

光伏電源與配電網是負荷消耗有功功率、無功功率的主要來源，設負荷單相額定有功功率為P0、無功功率為Q0;負荷電壓為V;負荷額定電壓為V0;有功功率-電壓指標、無功功率—電壓指標分別為NP、NQ;有功功率-頻率指標、無功功率-頻率指標為KPF、KQF。那么功率表達公式為：

結合公式（1），在本文中，主要為恒定功率模型，即NP、NQ、KPF、KQF為0。

2.2仿真分析

2.2.1負荷P-V曲線

在系統中，設定1500W/m2光照強度與30℃環境溫度，恒定0.85負荷功率因數，Q為0.62P。通過對負荷額定有功功率值予以增大，利用PSCAD開展動態仿真工作，并對數據信息予以記錄，可以得到相應的的負荷P-V曲線。伴隨著負荷有功功率的提升，可以發現電壓逐漸降低。而在電壓小于額定電壓80%的條件下，可以發現負荷恒定功率模型向恒定阻抗模型自動轉化，恒定阻抗負荷并沒有電壓穩定異常現象。在有功功率是0.161MW時，在實際消耗中，三相有功功率與電壓分別為0.485MW、342V。在符合額定有功功率超過額定電壓90%后，整體系統電壓穩定性會受到不利影響。

2.2.2環境溫度變化

在保證光照強度變化等系統條件一致下，在系統得以運行后，從30℃環境溫度提升至50℃環境溫度，可以得到光伏電源有功出力與負荷母線電壓變化曲線情況，如圖1所示。

通過對此情況進行觀察，可以發現光伏電源有功出力會受到溫度變化的影響，其具體影響表現為有功出力減小，但就負荷母線電壓而言，其并沒有受到溫度變化的影響。

2.2.3光照強度變化

在系統運行中，設定負荷額定功率與電壓穩定限定值接近，設定1500W/m2的光照強度與0.15MW的單相額定有功功率，并設定30℃環境溫度，在系統得到穩定運行后，可以測定發現其具有345.6V的負荷電壓。在具體運行中，發現光照強度突然降低至0，通過觀察負荷母線電壓與光伏有功出力變化曲線，可以發現光伏電源有功出力突然降低至0，負荷母線電壓降低，在配電網支持下，其電壓得以恢復，約在339V保持穩定。若是太陽光照恢復不及時，考量到339V要比額定電壓90%數值小，那么依照電壓失穩實用判據，可以發現負荷母線電壓有失穩情況，無法讓用電設備運行穩定性得到保證。

2.2.4短路故障情況

為探究電壓穩定性受到短路故障的影響，在系統中可以設定光照強度變化與其他各個條件一致，現設定在系統運行2S后，設定負荷母線A相有瞬時單相接地短路現象出現，其短路故障有0.05s持續時間，對負荷母線電壓以及光伏電源有功出力情況變化進行分析，發現在短路故障出現時，在故障期間內，光伏電源有功出力短暫激增，在故障消除后，有功出力也變得正常，但和故障發生前相比，其出力有降低現象。就負荷母線電壓而言，在故障期間內，其電壓跌至0.292kV，在故障消除后，電壓得以迅速恢復，和故障前基本一致。在仿真測試中，發現即使三相短路十分嚴重，負荷電壓穩定性的恢復速度依然相對較高。

2.3結果討論

結合上文，通過模型構建與仿真分析，可以得出結果為：

（1）利用P-V曲線，可發現負荷電壓與負荷有功功率具有反比關系，功率上升、電壓下降，可以讓電壓穩定限定值條件下負荷額定功率值得出，利用此功率值，可以對系統負荷投入進行有效安排;

（2）負荷母線電壓以及光伏電源有功出力會受到環境溫度變化的影響;

（3）在電壓穩定限定值接近處設置負荷電壓時，系統運行中，光照強度如果突然降低至0，那么光伏電源不會有有功功率發出，因配電網的支撐作用，負荷母線電壓可以得到有效恢復，但是其恢復后電壓值要比電壓穩定限定值低，依照具體數據信息，發現設備不能保持最初完全正常工作狀態，負荷電壓穩定性會受到影響;

（4）在系統有短路故障出現時，分布式光伏發電并網系統中短路故障消除后，負荷母線電壓可以得到迅速恢復，由此可以判定，針對短路故障，系統本身具有較強的穩定電壓能力。

3結束語

綜上所述，通過構建模型、仿真分析，可以發現分布式光伏發電并網系統電壓受到短路故障影響相對較小，而受到環境溫度變化影響、光照強度變化影響較大，因此，在日后的光伏發電并網系統研究中，需要對此類內容的研究工作予以高度重視，保證系統運行平穩性。

參考文獻

[1] 李晨政，孟濤，王偉，張海鋒，王迪.含分布式電源的配電網優化配置研究綜述[J].電氣開關，2017（03）.

[2] 邸憶，顧曉輝，車龍，劉亞雷.基于改進EEMD及能量特征的戰場目標識別方法[J].電子測量與儀器學報，2017（06）.

[3] 張丁，王頌凱，安源，王浩，丁航.基于電壓波動的并網光伏系統對電能質量的影響[J].電網與清潔能源，2017（04）.