電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線損精確計算方法

劉金亮， 宋文樂， 黃慶， 王立宗， 董成哲

(1.國網滄州供電公司，河北 滄州 061000；2. 國網河北省電力有限公司滄州供電分公司，河北 滄州 061001；3.北京新源綠網節能科技有限公司，北京 101100)

0 引 言

并網臺區的電樁諧波對分布式光伏發電的發展造成嚴重影響。使用諧波分析能夠精準計算接入配電網的分布式光伏發電數據，但會加重并網臺區諧波污染，電壓、電流均在諧波偏大條件下超過國家設定的標準值，嚴重損壞電網設備[1-3]。分布式光伏發電并網臺區線損是配電網線損主要構成之一，也是衡量供電企業運行經濟性的一項重要指標，是當前我國供電企業節能降損的主要問題。因此，精準計算并網臺區線損具有必要性。

通過K-means聚類分析等值電阻參數庫，實現電網線損計算。此方法簡化線損計算過程，提升計算速度，但計算精度差，并且未根據負荷波動系數分析日電量分時段模擬實際臺區波動情況，導致計算結果與實際情況并不吻合。為此，提出了電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線損精確計算方法[4]。

1 電樁諧波的分布式光伏發電并網形式及影響分析

電樁諧波的分布式光伏發電系統有低壓線路和升壓線路兩種并網模式，并網結構如圖1所示。

圖1 并網結構

圖1中：C1為直流穩壓電容；C2、C3、C4為分流電容；R1、R2、R3為分流電阻；L1、L2、L3為線圈。系統中逆變器的濾波器起到了功率波形平滑輸出和靠近正弦波的作用[5-6]。并網是控制電流幅值、頻率和相位的重要參量，可通過跟蹤并網點電壓，實現電流控制[7]。

電樁諧波的分布式光伏發電系統并網后，會產生一系列影響，尤其是電壓、諧波及孤島效應等問題。

(1) 電壓影響：使用傳統電壓波動與負荷大小有關；電壓波動是隨著時間變化而發生改變的，越靠近網絡末端，波動也就越明顯；光伏發電是非線性直流電源，自然環境因素是制約光伏發電的主要因素[8-9]。控制光伏電站隨機性較強的輸出功率較難，光伏發電輸出功率并網點電壓也隨之改變，極易因環境因素引起電壓變化。

(2) 諧波影響：采用高頻開關的逆變器應用到光伏發電系統之中，所產生的直流電轉換為交流電時，極易產生諧波[10-13]。大量諧波會嚴重污染電網，當并網后的逆變器超出負載時，諧波污染給并網帶來的影響更加嚴重。

(3) 孤島效應：電樁諧波的分布式光伏發電系統各個逆變器相互干擾，引起較大的電流沖擊，此時發電功率與負載大小一致，導致供電故障發生，未能及時檢測出系統脫網，構成供電孤島。

2 并網臺區線損精確計算

設線路接入電壓恒定，則第n-1和第n個負荷點之間線路阻抗為：

R′=ln(R+iK)

(1)

式中：R′為線路阻抗；ln為線路長度；R、K分別為接入點線路阻抗和電抗；i為負荷均方根電流。

由于并網電壓較低，未考慮線路接地電容。將全線阻抗集中起來形成等值電路，如圖2所示。

圖2 線路等值圖

線路有功損耗和無功損耗計算公式如下。

(2)

(3)

式中：ΔW(i)和ΔQ(i)分別為線路有功損耗和無功損耗；Ri、Si分別為等值線路電阻與電抗；Ui為電路電壓；Wi和Qi分別為有功功率和無功功率。依據公式計算，可確定線路電阻Ri。

將電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線路從末端到起始端、從分支到主干劃分若干個計算區域。臺區線路負載不平衡時，零線出現電流，該電流直接影響零線功率，線損出現，使并網臺區線路產生的總功率損耗大于平衡供電線路。

電流用Ii表示，設I1>I2>I3…>In，電流大于0。荷電流不平衡程度用λi表示，λ1=I2/I1,λ2=I3/I2,…，λn=In/In-1。設電流不平衡損失系數為α，該系數是線路中負荷電流不平衡時產生的線損值相對平衡狀態下線損值的倍數，此時損失系數與平衡供電情況具有一定關系。電流不平衡損失系數為：

(4)

由上述公式可得到電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線損。

3 實例分析

圖3 分層示意圖

選用電網數據集中的數據作為驗證電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線損精確計算方法合理性的試驗樣本，選擇的臺區為6層，共有32個節點、50個用戶。分層示意圖如圖3所示。

依據圖3所示分層結構示意圖，可劃分出6個層次下出現線損的區域：A1為0；A2為1-20；A3為2-3-4-17-18-19-21-22-23-26;A4為5-24-25-27;A5為6-7-8-9-28-29-30-31；A6為10-11-12-13-14-15-16。在這6各區域下，分別將前推回代算法與所研究算法的計算精確度進行對比分析，結果如下所示。

(1)A1為0和A2為1-20區域。在A1、A2區域下，分析兩種算法的計算精確度，結果如表1所示。

表1 A1、A2區域下兩種算法計算精確度分析 %

由表1可知：使用前推回代算法計算精確度最高可達到75%，最低也在70%以上；而使用本文研究算法計算精確度最高可達到96%，最低也為94%。因此，在A1區域下，雖然本文研究算法比前推回代算法計算精確度要高，但都在70%以上，說明兩種方法在第一層臺區的應用效果較好。

(2)A4為5-24-25-27區域。在A4區域下，將兩種算法的計算精確度進行對比分析，結果如表2所示。

表2 A4區域下兩種算法計算精確度對比分析 %

由表2可知：使用前推回代算法計算精確度在試驗次數為3次時，最高達到58%，在試驗次數為5次時，最低達到52%；而使用本文研究算法計算精確度在試驗次數為3、4次時，最高達到92%，在試驗次數為2、5次時，最低達到90%。因此，在A4區域下，使用本文研究算法比前推回代算法計算精確度要高。

4 結束語

分布式光伏發電技術具有節能環保特點，并入電網后，在電樁處注入諧波，引起各種問題，加重孤島效應，電網不穩定運行問題也由此產生。因此，計算并網臺區線損是非常必要的。使用電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線損精確計算方法，采取合理技術手段防范，以確保分布式光伏發電系統電能使用安全，使分布式光伏發電系統能夠安全穩定運行。