電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線損精確計算研究

靳凱倫

（國網河北省電力有限公司滄縣供電分公司，河北 滄州 061000）

0 引言

作為配電網線損的關鍵構成之一，分布式光伏發電并網臺區線損會直接影響供電企業的經濟效益及其降損節能等多個方面，由此也就能夠看出，對其進行精準計算的關鍵作用。

1 電樁諧波的分布式光伏發電并網概述

1.1 概念

自2021 年以來，我國分布式光伏發展迅猛，已成全國光電工程建設的主體，徹底改變了以往聚集式為主的格局。為此，國家能源局出臺了《關于報送整縣（市、區）屋頂分布式光伏開發試點方案的通知》，確定了黨委國家機關、公用房屋、工業廠區、農村等單位裝設光電的最低標準，為推動全國光電建設做出了積極貢獻。2021 年9 月，676 個縣（市、區）被列入整縣分布式光伏電網發展試驗，這些臺區的光伏發電裝置以客戶側自發自用、剩余電能網絡、配電系統平衡協調為特點，能夠有效地改善現場的能源利用效率，同時也能夠節省資金，提升環境保護能力。采用分布式光伏發電技術，能夠根據臺區的特點，實現清潔高效的運行，而且能夠分散布局，以便更好地利用現場的太陽能資源，從而取代和降低化石能源的耗費。分布式光伏水力發電是一項新興的、可持續發展的再生能源方法，它依靠運用光伏組件將太陽光轉化為能量，進行就近水力發電、就近并網、就近轉化和就近運用，不但有助于大大提高相同規模光伏電站的發電量，而且還可能有效減少能量在升壓和長途運送中的損失[1]。分布式光伏管理系統是一項廣泛應用的技術，它可以在都市大廈房頂上安裝，并與公共電網相連接，為附近的客戶提供電力。這種技術通常被稱為分散式發電或分布式供能，它可以在客戶場地或臨近供電現場安裝較小的光伏發電系統，以適應特殊客戶的需要，同時也可以支撐現有輸配電網絡的經濟運行。分布式光電控制系統由多種設備組成，包含光伏太陽能池模組、光電方陣模板、直流匯流箱、配電柜、逆變器和交流配電柜等，它們的運行可以實時監測用電系統狀況，并且還可以對環境進行有效的控制。在陽光射線的照耀下，光伏發電管理系統內部的太陽能電池組件陣列將太陽光轉換成可用的電量，并經由直流匯流箱將其匯聚輸送至直流配電柜，然后由并網逆變器將其轉變為交流電，以滿足建筑物的負載需求，若電力不足，則可以透過與電網的連接來調節。

1.2 優勢

分布式光伏發電方案的優勢如下：①其產出能力較小，通常來講，它們的電容不會超過數千伏。與聚集式電廠有所不同，分布式光伏發電方案的大小對開發效果的作用很小，因而它們的經濟性也更加優越，投資收益率也比大型電廠更高。②分布式光伏發電方案具有顯著的環境效果，因為它在運行進程中不會發生噪聲污染，也不會對室內空氣和水形成環境污染[2]。③它可以在適當限度上緩和局部供電緊張狀況，但是由于能量密度較低，每平方米光伏發電系統的輸出功率僅為100W，再加之適于安置光伏組件的建筑屋頂范圍受限，因而無法從根本上化解供電緊張問題。

1.3 技術特點

首先，分布式光伏發電技術環境友好、噪聲污染小，分布式光伏開發建設項目在開發進程中，不僅毫無噪音，也不會對室內空氣和水造成環境污染。其次，該技術能夠同步開發和使用，大規模地面電站開發需要升壓接通輸供電系統，僅用作開發電站運營；而分布式光伏開發則能夠接通配電網，能夠同步開發和使用，且應該盡量地實現就地消納。再次，分布式光伏開發建設項目的產出能力一般在數千伏以內，這與聚集式電站項目有很大差別，因為它們的開發效益受到很小的負面影響，從而使得它們的經濟性也得到了極大的提升，而且投資收益率也比大規模電站項目要高得多[3]。最后，分布式光伏開發能夠在相當限度上緩和部分供電緊迫情況，但是由于能源密集程度較低，每平方米的輸出功率僅有一百瓦，而且適于安置光伏組件的建筑屋頂規模受限，因此無法從根本上化解供電緊張問題。

2 分布式光伏發電的并網及諧波影響

隨著分布式光伏發電的普及，其諧波危害也日益顯現。電網電力平衡變得更加困難。由于多數臺區缺乏分布式光伏發電的監測和出力預測能力，傳統的負荷預測方法無法準確反映分布式發電的危害，尤其是在分布式光伏發電接入比例較高的臺區，這種危害更加突出，因此，國家電網在多數時期必須增加后備供電容量以適應分布式光伏發電出力的變化趨勢。隨著分布式光伏系統發電、聚集式光伏系統發電和風能發電的重疊，調峰在白天負荷低點時間變得更為困難，特別是在假日時間。此外，隨著無源網向有源網的轉變，配電網的運維管理也變得越來越繁雜。由于局部高比重布局式光伏開發的直接接入，電網下網趨勢變得越來越輕，甚至會產生倒送現象，重大時會引起這些區域網供負載特征變化。此外，由于大規模接入電網，分布式光伏發電也會對電力質影響，如諧波、電流閃變、三相不均衡等，從而使得電力質指標超標[4]。浙江省嘉興有些分布式光伏開發集中式并站點發生了壓力閃變、諧波失真率等指數超標的情況，這是由于原有的配電網電壓波動深受有功和無功負載的干擾，而且隨著距離網路終點越近，壓力變化也會越強烈。此外，光伏電源是一種非線性的直流電源，受氣候和溫度因素的影響，其輸出功率變化最為顯著，尤其是光照強度的變化。由于光伏電站的產出能量有著較強的隨機性，使得控制和運行變得極其困難。當配電網負載容量與光伏電源輸出功率不相匹配時，光伏供電的產出效率會受到環境的影響而發生波動，而且光伏并網后，由于的改變，或許會導致系統潮流強弱、角度和電壓分布改變。

3 電樁諧波的分布式光伏發電并網及諧波影響

首先，電樁諧波分布式光伏管理系統并網后，會對壓力、噪聲和孤島效應等問題產生重大影響，其中壓力變化與負載能力密切相關，而且隨著時間的推移而發生變化。隨著分布式光伏開發并網的推廣，電網的變化也會隨之發生變化，尤其是在電網末梢，這種變化更加強烈。其次，光伏發電是一種非線形直流供電，自然條件是直接限制其發電效率的主要，因此，應采取有效的應對措施來改善光伏發電的效果。控制光伏電站的輸出功率具有較高的不確定性，并且隨著環境因素的變化，電壓也會發生變化。此外，利用高頻開關的逆變器將直流電轉化為交換電時，也會形成高頻諧波電壓，這會對電站的穩定性造成不利影響，因此，在選用光伏發電系統時，應該特別注意諧波電壓的控制，以確保電站的安全運行[5]。諧波污染是一種嚴重的電網問題，當逆變器超負荷時，它會對電網造成更大的危害。最后，分布式光伏發電控制系統中的逆變器互相干涉，造成電壓沖擊作用。在這種情況下，發電功率與負荷能力不匹配，造成供電系統故障發生，無法準確監測到控制系統脫網，造成供電系統孤島。

4 并網臺區線損的精確計算

4.1 精確計算

在實際進行計算的過程中，首先要進行線路接入電壓恒定的設置，這就意味著第n-1 個負荷點與第n個負荷點間的線路阻抗計算，需要用到式（1）。

式中：R′——線路的阻抗；ln——線路的長度；R——AP線路的阻抗；K——AP 線路的電抗；i——負載均方根電流。

由于并網壓力較低，沒有及時充分考慮線路的接地電容，因此，將全線的阻抗集中起來，就能構成等值電路。線路的無功損耗可以通過式（2）來計算。

線路本身的有功損耗如式（3）所示。

根據上述兩個公式表示方法，可以計算出相等線路的阻力，這些公式表示方法依次由ΔQ（i）和ΔW（i）表示無功損失和有功損耗，Si和Ri表示相等線路電抗，Ui表示電路電壓，Wi和Qi依次表示有功功率和無功功率。根據這些公式表示方法，我們可以及時有效地確定等值線路的阻力大小[6]。將分布式光伏發電系統與電樁諧波相結合，并網運營。

當臺區電路的負荷不均衡時，零線會產生電流，這種電壓會影響零線的輸出功率，導致線損的產生，從而使得臺區電路的總功率損失超過了均衡用電管線的承受能力。當電壓等于零時，我們用Ii來表示，其中I1>I2>i3…>In。當電流不平衡時，我們用λi來表示，其中λ1=I2/I1，λ2=I3/I2，…，λn=In/In-1。此時，可以通過計算損失系數α來確定線損值與均衡用電情況之間的關系。電壓失衡會導致損失系數的變化，其計算如式（4）所示。

通過應用式（4），可以迅速估算出分布式光伏發電系統中電樁諧波的線損情況。

4.2 實例分析

本文通過實例分析來證明電樁諧波的分布式光伏開發并網平臺線損計算方式的正確性。為了進行這項研究，選擇了6 層的臺區，共有32 個節點和50 個用戶。圖1 為一個詳細的分層結構。

根據該分層示意圖，能夠進行以下6 個層次之下，線損區域的劃分，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。①在A1 和A2 臺區，我們對比分析了前推回代算法和本文研究算法的統計精度。結果表明，前推回代算法的統計精度最大可達到74%，最低點也在71%之上；而我們研究算法的統計精度最大可達到95%，最低點也為93%。在A1 臺區，我們研發的算法比前推回代算法的統計精度要高出70%之上，這表明兩者的應用效果都很好。②A4 臺區為5-24-25-27，在A4 臺區，我們比較解析了兩個算法的統計精度，結果發現，使用前推回代算法統計精度在三次試驗中最大可達58%，而在5 次試驗中最低只有52%；而利用本文研究算法統計精確度，在三次和四次試驗中最高點可達92%，而在5 次試驗中最低只有2。經過5 次試驗，最高點達到93%，而最低則降至90%。因此，在A4 區域，本文提出的算法比傳統的回歸算法更加精確，具有顯著的優勢，在并網臺區線損中的計算是十分適用的。

5 結語

綜上所述，對于電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線損精確計算，是保證相關行業、企業發展速度、發展水平的關鍵所在。本文站在電樁諧波的分布式光伏發電并網概述、分布式光伏發電的并網及諧波影響、電樁諧波的分布式光伏發電并網及諧波影響以及并網臺區線損的精確計算研究與分析4 個角度出發，著重闡述并分析了具體的計算方式與實證，并對其中所涉及的相關概念做出了詳細闡明，希望能夠為電樁諧波的分布式光伏發電并網臺區線損精確計算提供堅實助力與有效支持。