2022配電網對分布式光伏的接納能力分析

配電網對分布式光伏的接納能力分析引言在常規(guī)能源逐漸枯竭、環(huán)境污染日益嚴重的情況下，世界各國積極開發(fā)、利用可再生能源，并將光伏發(fā)電視為重要發(fā)展領域。隨著光伏發(fā)電技術的快速發(fā)展和大規(guī)模的商業(yè)化應用，現有的電力系統不斷向高效、清潔、靈活的方向發(fā)展，整個社會的能源利用效率有所提高。然而，分布式光伏接入后配電網由無源網絡變?yōu)橛性淳W絡，可能出現電壓越限、繼電保護裝置誤動或拒動等問題，需要對此進行定量分析，并得出分布式光伏的最大接入容量。目前，分布式光伏接入對配電網電能質量影響的研究主要集中在電壓偏差與電壓波動方面。文獻[1][2345][67]本文針對配電網對分布式光伏的接納能力，首先采用恒功率分布式光伏與負荷模型，推導了分布式光伏接入對配電網電壓偏差的影響，分析了分布式光伏對配電網電壓諧波的影響；其次分析了分布式光伏接入后對故障電流的影響情況。利用某區(qū)域實際配電網算例，計算并得出在電能質量約束以及不改變現有電流保護整定值的條件下，分布式光伏的最大接入容量。分布式光伏接入對配電網電能質量的影響分布式光伏接入后對配電網的電壓偏差的影響考慮如1LN個節(jié)n個節(jié)點的電壓是，線路始端電壓是，線路標準電壓是VNV0,ii相對線路始端節(jié)ZRjX；配電網i處的分布式光伏系統容量jQpv表示。不考慮分布式光伏接入時，配電網在節(jié)點i處的電壓偏差Ui表達式如下所示：Figure1.Multinodeconstantpowerdistributionnetwork圖1.多節(jié)點恒功率配電網絡iUViVNV0V0,iVNiVN VNV0i2Ni1PlRQlX1

(1)V 2 V2N N當單獨考慮分布式光伏系統作用于配電網時，先將配電網的系統電源側短路，配電網線路中的阻抗相對于負荷而言比較小，故分布式光伏系統對電壓偏差的作用主要表現在分布式光伏系統到系統電源這iii點后的各點電壓偏差，故j的電壓降落Vpvj為：Vpvj

jpvQpv VipvQpv

,ji

(2)

,ji1,N利用電路疊加定理：VjV0,jVpvj，得到配電網中任意一點j處同時在系統電源和分布式光伏系統作用下的電壓降：j2Nj1RPXQ

jpvQpv l l

,j1,i 2 VN VNVj

(3)j2Nj1

ipvQpv

,ji1,N 2 VN VN由前面可知，此配電網的線路端電壓是V0，則線路中任意一點j的電壓是： j2Nj1 RP

jpvQpv l l

,j1,iVj

2j2Nj1

VNRPXQ

VNipvQpv

(4) l l

,ji1,N 2 VN VNj則，含分布式光伏系統的配電網在節(jié)點j處的電壓偏差Uj

表達式如下所示：V j2Nj1

RPXQ

jpvQpv0 l l 1,jiV 2 V2 V2jj2Nj1jj2Nj1RPXQipvQpv

(5)0 l l 1,ji1,NV 2 V2 V2N N N由方程式(5)可知，分布式光伏系統的接入容量、接入位置均會影響到配電網節(jié)點的電壓偏差。新能源系統接入對諧波電壓畸變量的影響Gkm處接入非線性模型的分布式光伏系統。諧波分析時分布式光伏系統采用諧hIpvspec,hIpv的百分比表h次諧波電流相角為pvspec,h。接入分布式光伏系統的簡化諧波網絡圖，如2所示。分布式光伏系統接入容量對諧波電壓畸變量的影響PpvPpvVpvdpfpvIpv

(6)r2h2x2r2r2h2x2r2h2x2Vh

Vh,2

Vh,1

I

pvh

GIlh

LL

Ilh

(7)r2h2x2*I

pvh

G0

h

分別為分布式光伏接入前與接入后的h次諧波電壓I

為h次諧波注入電流幅值，G是變壓器低壓側到分布式光伏系統的距離；L是變壓器低壓側到負荷的距離。當分布式光伏系統采用電壓控制的運行模式，則Vpv基本保持不變；當Ppv增大時，由方程式(6)可知，I

變大。Ppv越大，VhVh,2Vh,1越大，即諧波電壓畸變水平升高得越高。分布式光伏系統接入位置對諧波電壓畸變量的影響假設分布式光伏系統分別接入配電網線路的G1和G2處，且有G1G2。比較兩種接入情況下，即考慮線路Z處于兩種不同位置(ZG1和ZG2)時，諧波電壓畸變水平的變化差異。r2h2x2分布式光伏系統接入線路ZZr2h2x2VhrjhxZI

pvhIlhZ

pvh

。由于分布式光伏系統采用電壓控制的運行模式，則Vpv基本保持不變，Ppv不變時，由方程式(2)可知，在分布式光伏系統的接入節(jié)點分別為G1和G2時，Ipvh幾乎相同。而G越大，線路末端節(jié)點電壓V就越高，在分布式光伏系統的接入節(jié)點為G2時的Ilh

比接入節(jié)點為G1時的Ilh諧波電壓幅值Vh

G的增大，分布式光伏系統接入點ZZ位置的減小，諧波電壓畸變水平降低。r2h2x2分布式光伏系統接入線路ZZr2h2x2入位置為G時，V

GI IZG

；當分布式光伏系統接入位置為G1 hG1

1 pvh

1 lh 2Figure2.Distributionnetworkforharmonicanalysis圖2.用于諧波分析的配電網絡時，V

GI

IZGI

兩式相減得V

GGI

0，hG2

2 pvh lh

2 lh

hG1

hG2

1 2 pvhr2h2x21Vh(Gr2h2x21

VhG；因此，隨著接入位置G的增大，分布式光伏系統接入點G2之后Z處的諧波電壓Vh變2大，諧波電壓畸變水平升高。2分布式光伏接入對配電網電流保護的影響分布式光伏對配電網電流保護的主要影響是向短路點提供故障電流。當不改變分布式光伏接入位置與容量時，短路點位置也會影響分布式光伏提供的短路電流，因此需要考慮在線路不同位置發(fā)生短路故障時，分布式光伏能夠提供的故障電流量；此外，當線路相同位置發(fā)生短路故障的情況下，隨著分布式光伏接入位置和接入容量的改變，配電網中分布式光伏提供的短路電流同樣有著較大的改變。分布式光伏的容量增加，所能提供的故障電流增加；因此本節(jié)主要研究配電網中短路點位置與分布式光伏接入位置的相對關系對故障注入電流的影響。以3所示的配電網絡為例進行繼電保護分析。3f1R1R243ZL表示，Z12為節(jié)12aZ12Z23。此時流過保護R1的短路電流是：Ik,R1

EsaZ12

(8)根據圖4，利用節(jié)點電壓法可以得到分布式光伏端電壓U的表達式：1 1 S

(9)Z aZ Z

UL 23 s SPjQP；另外假定圖4E0。s Figure3.Distributionnetworkforrelayingprotectionanalysis圖3.用于繼電保護分析的配電網絡Figure4.Equivalentcircuitdiagramforshortcircuitatf1圖4.f1點發(fā)生短路時的等效電路圖故由方程式(9)并進一步展開可以得到：ZLZL1aZ12Z231

U2PZcos

(10) L 由此即可解出分布式光伏端電壓U的大小以及流過保護R2的短路電流：PRL1PRL1aZ23aZ23ZLPRL1aZPRL1aZ23Z 2Z1aZL23ZUaZ23

(12)R1R2有可能檢測到故障電流而先動作，從而使分布式光伏右側形成孤島運行狀態(tài)。當f2、f3與f4點發(fā)生短路時，分析的方法與f1點發(fā)生短路時一致，具體推導過程在此不再贅述。算例分析采用52條支路，6個節(jié)點，每個節(jié)點末端都帶有一定功率的負荷，其中分布式光伏系統主要通過支路節(jié)點末端接入配電網。110kVxs0.1260.0004H；110kV主變的容量選擇是63110/10.50.95，110kV1.0，110V母線電壓基準值取110kV10V線路電壓基準值取10.5V10V公用配變的容量選擇是0.8MV，10/0.40.125/km0.08/km2S×10?6/km，每段1km。各節(jié)點的負荷情況如下：節(jié)點2、節(jié)點3和節(jié)點4處的負荷值均為2.23MW，節(jié)點5負荷取10kV公用配變的極限容量0.8MW6用于模擬110V變電站其余10V12.02MW?？紤]電能質量的分布式光伏準入容量電壓偏差100WMMW和11中可以看出，當線路潮流方向不發(fā)生變化時，隨著分布式光伏接入容量的增加，減小了配電6.69MW選取節(jié)點2、節(jié)點3和節(jié)點4作為分布式光伏的接入位置，分布式光伏接入容量設定為13.38MW。通過2可知，隨著分布式光伏接入位置越靠近線路末端，配電網節(jié)點電壓偏差越大，當分布式光413.38MW4GB/T《電能質量供電電壓允許偏差》規(guī)定的±7%410.41MW。電壓諧波采用同樣的方式針對電壓諧波總畸變率展開研究，光伏接入容量變化時各節(jié)點電壓諧波總畸變率如3所示。由3可知，配電網節(jié)點電壓諧波總畸變率與光伏接入容量正相關，隨著光伏接入容量的增Figure5.Atypicaldistributionnetwork圖5.典型配電網絡Table1.NodevoltagedeviationwhenthePVcapacitychanges表1.光伏接入容量變化時節(jié)點電壓偏差光伏接入容量節(jié)點號12340.669MW?0.41%?5.01%?8.00%?9.69%3.345MW?0.40%?3.23%?4.48%?6.11%6.69MW?0.39%?1.27%?0.57%?2.14%10.035MW?0.40%0.50%2.99%1.48%13.38MW?0.41%2.12%6.28%4.82%Table2.NodevoltagedeviationwhenthePVlocationchanges表2.光伏接入位置變化時各節(jié)點電壓偏差光伏接入位置節(jié)點號1234節(jié)點2?0.40%2.33%?0.78%?2.35%節(jié)點3?0.41%2.12%6.28%4.82%節(jié)點4?0.43%1.71%5.49%10.87%Table3.NodevoltagedeviationwhenthePVcapacitychanges表3.光伏接入容量變化時各節(jié)點電壓諧波總畸變率光伏接入容量節(jié)點號12340.669MW0.20.320.3370.3293.345MW0.2000.6010.8850.6436.69MW0.2000.8031.5710.88710.035MW2.3533.1663.4363.30113.38MW3.074.1544.5154.33413.38MW2、34GB/T±4%的311.78MW。當分布式光伏接入位置變化時，各節(jié)點電壓諧波總畸變率情況如表4所示。通過4可知，分布式光伏接入點的電壓諧波總畸變率與分布式光伏接入位置無關，僅與分布式光伏的接入容量有關；且分布式光伏接入位置越靠近線路末端，分布式光伏諧波傳播的距離越遠，諧波衰23和節(jié)413.38MW234GB/T14549-2008±4%234的分布式光伏的最大接入容量是11.78MW。通過對比3和4可知，含分布式光伏的配電網節(jié)點電壓偏差越限時對應的分布式光伏的最大接入容量，小于含分布式光伏的配電網節(jié)點電壓諧波總畸變率越限時對應的分布式光伏的最大接入容量。因此，當含分布式光伏光伏的配電網節(jié)點電壓偏差和節(jié)點電壓諧波總畸變率同時越限時，應該優(yōu)先考慮節(jié)點電壓偏差越限問題?？紤]電流保護的分布式光伏準入容量本文以分布式光伏接入前配電網的電流保護整定值為約束，分析該條件下分布式光伏接入的最大容R1R2R3R4電流速斷保護的整定應按躲開下級線路保護母線側短路時可I段可靠性系數取為1.2II段可靠系數取為1.1III段可靠系數取為1.15、1.30.851~4的整定計算結果如5所示。6為結合5和6f310.35MWR2的故障電流(15.244)(15.27)2的二段保護無法作為3的遠310.01MW。結合5和7f313.38MWR2的故障電流(17.703kA)小于其限時電流速斷整定值(17.151kA)R2R3同時動作切除故障而失212.96MW。Table4.NodevoltagedeviationwhenthePVlocationchanges表4.光伏接入位置變化時各節(jié)點電壓諧波總畸變率光伏接入位置節(jié)點號1234節(jié)點23.3374.5154.3194.221節(jié)點33.074.1544.5154.334節(jié)點42.5593.7634.0644.515Table5.Feedercurrentprotectionsettingvaluewithoutconsideringdistri-butedPV表5.不考慮分布式光伏接入的饋線電流保護整定值(kA)接入位置瞬時電流速斷整定值Iset.I限時電流速斷整定值Iset.II130.19021.066217.15115.27313.883——430.190——Table6.ShortcircuitcurrenteffectivevalueofeachprotectionwhenthePVcapacitychanges表6.光伏接入容量變化時各保護流過的短路電流有效值(kA)光伏接入容量保護名稱R1R2R3R40.669MW17.70315.80015.1870.7223.345MW17.24215.647