光伏接入對電能質量的影響及配電網凹陷域預估控制

馬 林，朱田田，劉桐然

（1.國網冀北電力有限公司文安縣供電分公司，河北 廊坊 065800；2.國網冀北廊坊供電公司，河北 廊坊 065800）

0 引 言

為解決光伏接入對電能質量的影響，避免光伏接入后引發諧波諧振。諧波諧振會影響配電網凹陷域的正常運行或出現跳閘、生產暫停等問題，從而給電力用戶帶來巨大的經濟損失[1]。為解決配電網凹陷域穩定性差問題，文章嘗試納入暫降幅值、持續時間和相位跳變3 個方面的因素，分析不同分布式光伏接入容量對配電網凹陷域預測結果的影響。

1 配電網凹陷域計算方法

分布式光伏接入技術支持下，計算凹陷域的方式主要包括兩大類型，即故障點法和臨界距離法。對于臨界距離法而言，在實施過程中，如果故障發生在臨界距離范圍內，會影響公共連接點的敏感負荷水平。雖然計算過程簡單，但僅考慮了暫降幅值因素，可能會影響預估凹陷域的精確性[2]。而故障點法是根據電壓暫降特征對系統進行劃分，即將系統劃分為多個部分，并對各部分進行故障發生狀態的模擬和仿真計算。通過這種方式，可以根據各部分的電壓暫降參數和相位跳變信息來支持仿真結果，并參考特征量來準確判定凹陷域。在確保選取故障點數量充足的情況下，通過故障點算法可以獲取精確度較高的預估結果，且對復雜狀態下的配電網有良好適應性。因此，文章采用故障點法分析分布式光伏接入條件下配電網凹陷域預估結果。對于輻射型配電網而言，電壓分配器模型如圖1 所示。

圖1 電壓暫降條件下電壓分配器模型

圖中：ZS為公共連接點相對于電源系統阻抗水平；ZF為公共連接點相對于pcc 故障點線路阻抗水平。因此，故障狀態下負荷點電壓暫降水平為

假定臨界電壓用U表示，則臨界距離的表達式為

式中：z為單位長度的線路阻抗。在配電網介入分布式光伏的情況下，電壓分配器模型如圖2 所示。

圖中：Z3為PCC 點和負荷間的阻抗；Z4為光伏的等效阻抗。

由圖2 可知，在接入分布式電源情況下，計算臨界距離時必須考慮分布式光伏等效阻抗等因素的影響[3]。一旦接入光伏的位置、容量發生改變，配電網電壓分配器模型中pcc 點和負荷間阻抗水平也會隨著分布式光伏介入產生一定的變化，進而影響臨界距離和準確性。

2 不同分布式光伏接入位置節點電壓偏差仿真結果

在光伏容量增大的過程中，電壓抬高趨勢更為明顯。在進行仿真試驗研究時，通過增加接入光伏容量，節點電壓諧波畸變率呈現上升趨勢。此外，考慮到配電網線路接入節點的特點，節點858 之后的相關節點對應的電壓諧波畸變率明顯高于前端節點。這可能與節點距母線過遠、系統短路容量降低、光伏接入產生諧波分量等問題有關，且線路末端存在嚴重的畸變問題。

光伏的接入在一定程度上能夠控制并降低電網節點的電壓偏差，但接入光伏過多可能導致電壓偏差超出規定要求。為進一步分析不同分布式光伏接入位置對電能質量的影響，需要在不同關鍵點引入光伏并進行仿真分析。文章選取10 個節點，即800、808、850、824、854、832、858、834、848 以 及836 節點，進行數據監測。試驗采用2 種方法，第一種方法是在仿真網的800 節點按4 種狀態接入光伏模態量，即0 MW 接入、0.24 MW 接入、0.48 MW 接入以及0.84 MW，并根據監測點的數據變化情況，統計固定點在不同接入光伏模態量時對應的電壓諧波總畸變率；第二種方法是以800、824、864 以及840 這4 個節點為光伏引入點，依次引入0.24 MW的光伏模態量，并統計同一光伏接入量的監測點數據，測量不同分布式光伏接入位置對應的電壓諧波總畸變率。電壓諧波總畸變率如圖3 所示。

圖3 電壓諧波總畸變率

由圖3（b）可知，在接入光伏容量保持一致的情況下，不同的接入位置會對節點電壓水平產生不同影響，其中配電線路末端840 節點的電壓諧波總畸變率最高[4]。因此，應優先考慮在線路中端區域接入分布式光伏。

3 光伏接入仿真結果分析

為研究分布式光伏接入條件下，不同容量對配電網電能質量的影響，文章以幾種常見的故障電壓波形為例進行了仿真試驗，并對關鍵節點的10 kV 中性點諧振接地配電系統進行分析。光伏接入過程中，借助電源管理單元（Power Management Unit，PMU）監控系統量測相關節點，以預測不同仿真線路對配電網凹陷域的影響[5]。在仿真過程中引入光伏，并設置關鍵節點位置，仿真試驗得到的單相故障相位跳變對應的凹陷域結果如圖4 所示。

圖4 單相故障考慮相位跳變所對應凹陷域結果

在配電線路實際運行期間，既要考慮線路長度問題，又要確保線路末端電壓水平下降幅度符合規定要求，因此要對線路電壓自初始端進行升壓處理。同時，參考電網實際運行情況，對初始端進行1.05 倍的升壓處理。當在配電網中接入光伏后，電網接收的有功功率水平會顯著提高，導致節點電壓上升。由于該節點靠近配電線路的末端840 節點，其對應的短路容量較小，因此光伏接入對電壓上升的影響較為明顯[6]。

通過分析相位跳變所對應凹陷域單相故障分析可知，在不同節點或相同節點接入分布式光伏總容量一致時，光伏對應的凹陷域相對較小[7]。為進一步分析凹陷域預估結果的影響，需要綜合考慮暫降幅值、額相位跳變、持續時間等因素。

由圖4 可知，在分布式光伏接入容量為0.24 MW的情況下，相位跳變因素對于808 節點與812 節點的影響可忽略不計，且808節點與812節點處于凹陷域外。與此同時，在并網容量為0.4 MW和0.84 MW的情況下，適當增加光伏容量，可以縮小凹陷域的范圍[8]。

4 結 論

在光伏接入條件下，不同的接入位置會對節點電壓水平產生不同影響，且隨著光伏并網容量的增大，凹陷域會有一定程度的下降趨勢。因此，在規劃光伏接入時，應優先考慮將其設置在線路中端區域，并合理控制光伏接入容量。文章將仿真實驗中的關鍵節點凹陷域作為判斷故障的重要依據，并綜合考慮暫降幅值和相位跳變等因素，獲得較為準確的預估結果。實驗結果表明，采用故障點法分析分布式光伏接入條件下配電網凹陷域的預估結果是有效的。為確保配電網的穩定運行，在光伏接入過程中需要進行嚴格的監控和預測，以預測不同仿真線路對配電網凹陷域的影響，并采取相應的措施進行控制和調整。