劉金亮， 宋文樂(lè)， 黃慶， 王立宗， 董成哲

(1.國(guó)網(wǎng)滄州供電公司，河北 滄州 061000；2. 國(guó)網(wǎng)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(wǎng)節(jié)能科技有限公司，北京 101100)

0 引 言

并網(wǎng)臺(tái)區(qū)的電樁諧波對(duì)分布式光伏發(fā)電的發(fā)展造成嚴(yán)重影響。使用諧波分析能夠精準(zhǔn)計(jì)算接入配電網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電數(shù)據(jù)，但會(huì)加重并網(wǎng)臺(tái)區(qū)諧波污染，電壓、電流均在諧波偏大條件下超過(guò)國(guó)家設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值，嚴(yán)重?fù)p壞電網(wǎng)設(shè)備[1-3]。分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損是配電網(wǎng)線損主要構(gòu)成之一，也是衡量供電企業(yè)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是當(dāng)前我國(guó)供電企業(yè)節(jié)能降損的主要問(wèn)題。因此，精準(zhǔn)計(jì)算并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損具有必要性。

通過(guò)K-means聚類(lèi)分析等值電阻參數(shù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)線損計(jì)算。此方法簡(jiǎn)化線損計(jì)算過(guò)程，提升計(jì)算速度，但計(jì)算精度差，并且未根據(jù)負(fù)荷波動(dòng)系數(shù)分析日電量分時(shí)段模擬實(shí)際臺(tái)區(qū)波動(dòng)情況，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況并不吻合。為此，提出了電樁諧波的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損精確計(jì)算方法[4]。

1 電樁諧波的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)形式及影響分析

電樁諧波的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)有低壓線路和升壓線路兩種并網(wǎng)模式，并網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 并網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖1中：C1為直流穩(wěn)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(tǒng)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(wǎng)是控制電流幅值、頻率和相位的重要參量，可通過(guò)跟蹤并網(wǎng)點(diǎn)電壓，實(shí)現(xiàn)電流控制[7]。

電樁諧波的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)后，會(huì)產(chǎn)生一系列影響，尤其是電壓、諧波及孤島效應(yīng)等問(wèn)題。

(1) 電壓影響：使用傳統(tǒng)電壓波動(dòng)與負(fù)荷大小有關(guān)；電壓波動(dòng)是隨著時(shí)間變化而發(fā)生改變的，越靠近網(wǎng)絡(luò)末端，波動(dòng)也就越明顯；光伏發(fā)電是非線性直流電源，自然環(huán)境因素是制約光伏發(fā)電的主要因素[8-9]。控制光伏電站隨機(jī)性較強(qiáng)的輸出功率較難，光伏發(fā)電輸出功率并網(wǎng)點(diǎn)電壓也隨之改變，極易因環(huán)境因素引起電壓變化。

(2) 諧波影響：采用高頻開(kāi)關(guān)的逆變器應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)之中，所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電時(shí)，極易產(chǎn)生諧波[10-13]。大量諧波會(huì)嚴(yán)重污染電網(wǎng)，當(dāng)并網(wǎng)后的逆變器超出負(fù)載時(shí)，諧波污染給并網(wǎng)帶來(lái)的影響更加嚴(yán)重。

(3) 孤島效應(yīng)：電樁諧波的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)各個(gè)逆變器相互干擾，引起較大的電流沖擊，此時(shí)發(fā)電功率與負(fù)載大小一致，導(dǎo)致供電故障發(fā)生，未能及時(shí)檢測(cè)出系統(tǒng)脫網(wǎng)，構(gòu)成供電孤島。

2 并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損精確計(jì)算

設(shè)線路接入電壓恒定，則第n-1和第n個(gè)負(fù)荷點(diǎn)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(zhǎng)度；R、K分別為接入點(diǎn)線路阻抗和電抗；i為負(fù)荷均方根電流。

由于并網(wǎng)電壓較低，未考慮線路接地電容。將全線阻抗集中起來(lái)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(wú)功損耗計(jì)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(wú)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(wú)功功率。依據(jù)公式計(jì)算，可確定線路電阻Ri。

將電樁諧波的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線路從末端到起始端、從分支到主干劃分若干個(gè)計(jì)算區(qū)域。臺(tái)區(qū)線路負(fù)載不平衡時(shí)，零線出現(xiàn)電流，該電流直接影響零線功率，線損出現(xiàn)，使并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線路產(chǎn)生的總功率損耗大于平衡供電線路。

電流用Ii表示，設(shè)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(shè)電流不平衡損失系數(shù)為α，該系數(shù)是線路中負(fù)荷電流不平衡時(shí)產(chǎn)生的線損值相對(duì)平衡狀態(tài)下線損值的倍數(shù)，此時(shí)損失系數(shù)與平衡供電情況具有一定關(guān)系。電流不平衡損失系數(shù)為：

(4)

由上述公式可得到電樁諧波的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損。

3 實(shí)例分析

圖3 分層示意圖

選用電網(wǎng)數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證電樁諧波的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損精確計(jì)算方法合理性的試驗(yàn)樣本，選擇的臺(tái)區(qū)為6層，共有32個(gè)節(jié)點(diǎn)、50個(gè)用戶(hù)。分層示意圖如圖3所示。

依據(jù)圖3所示分層結(jié)構(gòu)示意圖，可劃分出6個(gè)層次下出現(xiàn)線損的區(qū)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(qū)域下，分別將前推回代算法與所研究算法的計(jì)算精確度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如下所示。

(1)A1為0和A2為1-20區(qū)域。在A1、A2區(qū)域下，分析兩種算法的計(jì)算精確度，結(jié)果如表1所示。

表1 A1、A2區(qū)域下兩種算法計(jì)算精確度分析 %

由表1可知：使用前推回代算法計(jì)算精確度最高可達(dá)到75%，最低也在70%以上；而使用本文研究算法計(jì)算精確度最高可達(dá)到96%，最低也為94%。因此，在A1區(qū)域下，雖然本文研究算法比前推回代算法計(jì)算精確度要高，但都在70%以上，說(shuō)明兩種方法在第一層臺(tái)區(qū)的應(yīng)用效果較好。

(2)A4為5-24-25-27區(qū)域。在A4區(qū)域下，將兩種算法的計(jì)算精確度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表2所示。

表2 A4區(qū)域下兩種算法計(jì)算精確度對(duì)比分析 %

由表2可知：使用前推回代算法計(jì)算精確度在試驗(yàn)次數(shù)為3次時(shí)，最高達(dá)到58%，在試驗(yàn)次數(shù)為5次時(shí)，最低達(dá)到52%；而使用本文研究算法計(jì)算精確度在試驗(yàn)次數(shù)為3、4次時(shí)，最高達(dá)到92%，在試驗(yàn)次數(shù)為2、5次時(shí)，最低達(dá)到90%。因此，在A4區(qū)域下，使用本文研究算法比前推回代算法計(jì)算精確度要高。

4 結(jié)束語(yǔ)

分布式光伏發(fā)電技術(shù)具有節(jié)能環(huán)保特點(diǎn)，并入電網(wǎng)后，在電樁處注入諧波，引起各種問(wèn)題，加重孤島效應(yīng)，電網(wǎng)不穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題也由此產(chǎn)生。因此，計(jì)算并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損是非常必要的。使用電樁諧波的分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)臺(tái)區(qū)線損精確計(jì)算方法，采取合理技術(shù)手段防范，以確保分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)電能使用安全，使分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。