分布式光伏接入容量、位置和方式对多台区网络的影响研究

杨 潇 ,程 伦 ,孟 良 ,李晓军 ,李均强

(1.国网河北省电力有限公司电力科学研究院,河北 石家庄 050021;2.国网河北省电力有限公司,河北 石家庄 050021)

0 引言

分布式光伏(Distributed Photovoltaic,DP)一般是指个人或家庭利用屋顶空间,采用光伏设备将太阳能转化为电能的发电系统,具有不额外占用土地,投资少等优点,是现代扶贫的重要手段之一[1-6]。截至2019年12月,河北南网分布式光伏装机36.75 MW,同比增长37.2%,仍处于快速增长阶段。其装机容量已超过风电,接近集中式光伏并网容量(风电并网容量29.48 MW,集中式光伏并网容量41.28 MW)。

但是DP的大量接入改变了配电网潮流单一流向的局面,很大程度影响了线路潮流和电压大小,部分线路甚至出现电流过载、电压越限,成为影响配电网损耗的重要因素之一。因此为降低DP接入后网络损耗,需要分析DP 接入容量、接入位置和接入方式对电压、损耗的影响。

1 多台区分布式光伏网损计算

以辐射式配电网为例,设其具备N个电气节点,对第k台区网络损耗进行分析计算,如图1所示[7]。

图1 分布式电源接入线路k 段i节点处示意

DP接入配电网之前,第k台区线路的网络损耗为

式中:P ki和Q ki分别为第k台区节点i处负荷的有功和无功;R k为第k台区电阻值;U i为节点i的母线电压。

DP接入配电网之后,第k台区线路的i节点注入功率为

式中:P ki_dpv和Q ki_d pv分别为第k台区节点i处的DP有功功率和无功功率;因此,DP 接入后配电网的网络总损耗分别为P′loss,计算式如下

2 多台区分布式光伏网损仿真分析

以SC村分布式光伏为例,其台区分布结构如图2所示,计算条件为电压偏差7%,线路额定电压10.5 kV、100 MVA 短路容量,变压器400 kVA容量、短路阻抗4.05%、变比10.5/0.4。

图2 台区分布示意

2.1 DP接入容量不同对网络损耗的影响

DP并网位置选取馈线2上首端台区节点10、中端台区节点6和末端台区节点9,对比接入容量不同对系统网络损耗的影响,光伏电源接入容量按照公式(6)变化:

式中:P load1为馈线1负荷;P load2为馈线2负荷;首项a1=0,公差d=0.1,n∈[1,10],仿真结果如图3。

图3 不同并网位置情形下接入容量变化时的网损率

由图3可见,无论光伏电源的并网位置在哪个台区节点,随P dpv增加,网损率先减小后增大,即斜率一直增加的U 型抛物线。从台区9并网曲线可以看出,当Pdpv达到某一限值时,网损率会超过无光伏接入时的网损率。此外,随着光伏并网位置靠近馈线末端,使网损率达到最小的P dpv逐渐减小,而网损率的极值点先减小后增大。因此在针对某一地区DP 整体接入单一台区时,需要依据其在馈线或整体配电网的节点位置,合理选择DP接入容量。

2.2 DP并网位置不同对网络损耗的影响

分别选取P dpv达到馈线1 和2 负荷总和的10%、30%、50%和70%,DP 并网点分别选取台区3到9,仿真对比不同P dpv下并网台区对系统网络损耗的影响,仿真结果如图4所示。

图4 不同接入容量情形下并网位置变化时的网络损耗

当P dpv较小时,当并网台区越靠近末端,则网损率越小。主要原因是DP对馈线末端有电压抬升作用的同时降低了馈线电流。但当P dpv较大时,随并网台区逐步趋向馈线末端时,网损率呈斜率一直增加的U 型抛物线。并且P dpv越大,使网损率达到最小的光伏并网点越靠近馈线首端。因此当DP只有一个并网台区时,若P dpv较小,并网点应尽量接入线路末端节点;若P dpv较大,并网点应尽量在线路首端到中端之间,在降低损耗同时避免分布式光伏电压抬升作用对主网的影响。

2.3 DP接入方式不同对网络损耗的影响

在DP总有功出力相同的条件下,分析DP分散接入不同台区(台区节点10、6、9,出力平均分配)和集中接入单一台区时网损情况。设定P dpv按照公式(6)变化,仿真结果如图5所示。

图5 光伏分散接入馈线与集中接入馈线时的网络损耗

由图5可知,当P dpv较小时,无论何种接入方式均能达到降低损耗的效果,并且分散接入和中端台区节点集中并网的效果较优。当P dpv越大,光伏分散接入多个台区时的降损效果越优,而末端台区节点集中并网的降损效果越差。因此对有多个分布式光伏并网台区时应选择P dpv平均接入各并网点。但分散接入时需要考虑电压协调控制,防止出现并网点间或馈线间无功流动。

2.4 仿真结果分析总结

通过分析DP 接入容量、位置和方式三项因素对网损和电压的影响,得出随P dpv接入容量增加网络损耗先减小后增大、容量较大且只有单一并网点时应尽量在线路中端并网、有多个并网点时应选择平均分散接入等结论。DP 按照上述结论并网会取得较优的网损和电压效果。

3 结束语

针对安装DP的网络可采取以下降损措施:

a.为了减少损耗,光伏出力应尽可能在台区内消纳,可使用市场手段鼓励用户安装冷、热、电联产装置,在分布式发电出力超过本地负荷时进行制冷、制热,既满足用户生活需求,又达到减少网损的目的。

b.对于当光伏接入容量较小时,DP应尽量接入线路末端节点。

c.对于企业级DP 安装(光伏接入容量较大时),应尽可能分散安装在馈线首端-中端各台区之间,同时要求加装电压协调控制子站,方便后期纳入配网电压集中控制。