电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线损精确计算研究

靳凯伦

（国网河北省电力有限公司沧县供电分公司，河北 沧州 061000）

0 引言

作为配电网线损的关键构成之一，分布式光伏发电并网台区线损会直接影响供电企业的经济效益及其降损节能等多个方面，由此也就能够看出，对其进行精准计算的关键作用。

1 电桩谐波的分布式光伏发电并网概述

1.1 概念

自2021 年以来，我国分布式光伏发展迅猛，已成全国光电工程建设的主体，彻底改变了以往聚集式为主的格局。为此，国家能源局出台了《关于报送整县（市、区）屋顶分布式光伏开发试点方案的通知》，确定了党委国家机关、公用房屋、工业厂区、农村等单位装设光电的最低标准，为推动全国光电建设做出了积极贡献。2021 年9 月，676 个县（市、区）被列入整县分布式光伏电网发展试验，这些台区的光伏发电装置以客户侧自发自用、剩余电能网络、配电系统平衡协调为特点，能够有效地改善现场的能源利用效率，同时也能够节省资金，提升环境保护能力。采用分布式光伏发电技术，能够根据台区的特点，实现清洁高效的运行，而且能够分散布局，以便更好地利用现场的太阳能资源，从而取代和降低化石能源的耗费。分布式光伏水力发电是一项新兴的、可持续发展的再生能源方法，它依靠运用光伏组件将太阳光转化为能量，进行就近水力发电、就近并网、就近转化和就近运用，不但有助于大大提高相同规模光伏电站的发电量，而且还可能有效减少能量在升压和长途运送中的损失[1]。分布式光伏管理系统是一项广泛应用的技术，它可以在都市大厦房顶上安装，并与公共电网相连接，为附近的客户提供电力。这种技术通常被称为分散式发电或分布式供能，它可以在客户场地或临近供电现场安装较小的光伏发电系统，以适应特殊客户的需要，同时也可以支撑现有输配电网络的经济运行。分布式光电控制系统由多种设备组成，包含光伏太阳能池模组、光电方阵模板、直流汇流箱、配电柜、逆变器和交流配电柜等，它们的运行可以实时监测用电系统状况，并且还可以对环境进行有效的控制。在阳光射线的照耀下，光伏发电管理系统内部的太阳能电池组件阵列将太阳光转换成可用的电量，并经由直流汇流箱将其汇聚输送至直流配电柜，然后由并网逆变器将其转变为交流电，以满足建筑物的负载需求，若电力不足，则可以透过与电网的连接来调节。

1.2 优势

分布式光伏发电方案的优势如下：①其产出能力较小，通常来讲，它们的电容不会超过数千伏。与聚集式电厂有所不同，分布式光伏发电方案的大小对开发效果的作用很小，因而它们的经济性也更加优越，投资收益率也比大型电厂更高。②分布式光伏发电方案具有显著的环境效果，因为它在运行进程中不会发生噪声污染，也不会对室内空气和水形成环境污染[2]。③它可以在适当限度上缓和局部供电紧张状况，但是由于能量密度较低，每平方米光伏发电系统的输出功率仅为100W，再加之适于安置光伏组件的建筑屋顶范围受限，因而无法从根本上化解供电紧张问题。

1.3 技术特点

首先，分布式光伏发电技术环境友好、噪声污染小，分布式光伏开发建设项目在开发进程中，不仅毫无噪音，也不会对室内空气和水造成环境污染。其次，该技术能够同步开发和使用，大规模地面电站开发需要升压接通输供电系统，仅用作开发电站运营；而分布式光伏开发则能够接通配电网，能够同步开发和使用，且应该尽量地实现就地消纳。再次，分布式光伏开发建设项目的产出能力一般在数千伏以内，这与聚集式电站项目有很大差别，因为它们的开发效益受到很小的负面影响，从而使得它们的经济性也得到了极大的提升，而且投资收益率也比大规模电站项目要高得多[3]。最后，分布式光伏开发能够在相当限度上缓和部分供电紧迫情况，但是由于能源密集程度较低，每平方米的输出功率仅有一百瓦，而且适于安置光伏组件的建筑屋顶规模受限，因此无法从根本上化解供电紧张问题。

2 分布式光伏发电的并网及谐波影响

随着分布式光伏发电的普及，其谐波危害也日益显现。电网电力平衡变得更加困难。由于多数台区缺乏分布式光伏发电的监测和出力预测能力，传统的负荷预测方法无法准确反映分布式发电的危害，尤其是在分布式光伏发电接入比例较高的台区，这种危害更加突出，因此，国家电网在多数时期必须增加后备供电容量以适应分布式光伏发电出力的变化趋势。随着分布式光伏系统发电、聚集式光伏系统发电和风能发电的重叠，调峰在白天负荷低点时间变得更为困难，特别是在假日时间。此外，随着无源网向有源网的转变，配电网的运维管理也变得越来越繁杂。由于局部高比重布局式光伏开发的直接接入，电网下网趋势变得越来越轻，甚至会产生倒送现象，重大时会引起这些区域网供负载特征变化。此外，由于大规模接入电网，分布式光伏发电也会对电力质影响，如谐波、电流闪变、三相不均衡等，从而使得电力质指标超标[4]。浙江省嘉兴有些分布式光伏开发集中式并站点发生了压力闪变、谐波失真率等指数超标的情况，这是由于原有的配电网电压波动深受有功和无功负载的干扰，而且随着距离网路终点越近，压力变化也会越强烈。此外，光伏电源是一种非线性的直流电源，受气候和温度因素的影响，其输出功率变化最为显著，尤其是光照强度的变化。由于光伏电站的产出能量有着较强的随机性，使得控制和运行变得极其困难。当配电网负载容量与光伏电源输出功率不相匹配时，光伏供电的产出效率会受到环境的影响而发生波动，而且光伏并网后，由于的改变，或许会导致系统潮流强弱、角度和电压分布改变。

3 电桩谐波的分布式光伏发电并网及谐波影响

首先，电桩谐波分布式光伏管理系统并网后，会对压力、噪声和孤岛效应等问题产生重大影响，其中压力变化与负载能力密切相关，而且随着时间的推移而发生变化。随着分布式光伏开发并网的推广，电网的变化也会随之发生变化，尤其是在电网末梢，这种变化更加强烈。其次，光伏发电是一种非线形直流供电，自然条件是直接限制其发电效率的主要，因此，应采取有效的应对措施来改善光伏发电的效果。控制光伏电站的输出功率具有较高的不确定性，并且随着环境因素的变化，电压也会发生变化。此外，利用高频开关的逆变器将直流电转化为交换电时，也会形成高频谐波电压，这会对电站的稳定性造成不利影响，因此，在选用光伏发电系统时，应该特别注意谐波电压的控制，以确保电站的安全运行[5]。谐波污染是一种严重的电网问题，当逆变器超负荷时，它会对电网造成更大的危害。最后，分布式光伏发电控制系统中的逆变器互相干涉，造成电压冲击作用。在这种情况下，发电功率与负荷能力不匹配，造成供电系统故障发生，无法准确监测到控制系统脱网，造成供电系统孤岛。

4 并网台区线损的精确计算

4.1 精确计算

在实际进行计算的过程中，首先要进行线路接入电压恒定的设置，这就意味着第n-1 个负荷点与第n个负荷点间的线路阻抗计算，需要用到式（1）。

式中：R′——线路的阻抗；ln——线路的长度；R——AP线路的阻抗；K——AP 线路的电抗；i——负载均方根电流。

由于并网压力较低，没有及时充分考虑线路的接地电容，因此，将全线的阻抗集中起来，就能构成等值电路。线路的无功损耗可以通过式（2）来计算。

线路本身的有功损耗如式（3）所示。

根据上述两个公式表示方法，可以计算出相等线路的阻力，这些公式表示方法依次由ΔQ（i）和ΔW（i）表示无功损失和有功损耗，Si和Ri表示相等线路电抗，Ui表示电路电压，Wi和Qi依次表示有功功率和无功功率。根据这些公式表示方法，我们可以及时有效地确定等值线路的阻力大小[6]。将分布式光伏发电系统与电桩谐波相结合，并网运营。

当台区电路的负荷不均衡时，零线会产生电流，这种电压会影响零线的输出功率，导致线损的产生，从而使得台区电路的总功率损失超过了均衡用电管线的承受能力。当电压等于零时，我们用Ii来表示，其中I1>I2>i3…>In。当电流不平衡时，我们用λi来表示，其中λ1=I2/I1，λ2=I3/I2，…，λn=In/In-1。此时，可以通过计算损失系数α来确定线损值与均衡用电情况之间的关系。电压失衡会导致损失系数的变化，其计算如式（4）所示。

通过应用式（4），可以迅速估算出分布式光伏发电系统中电桩谐波的线损情况。

4.2 实例分析

本文通过实例分析来证明电桩谐波的分布式光伏开发并网平台线损计算方式的正确性。为了进行这项研究，选择了6 层的台区，共有32 个节点和50 个用户。图1 为一个详细的分层结构。

根据该分层示意图，能够进行以下6 个层次之下，线损区域的划分，A1 为0；A2 为1-20；A3 为2-3-4-17-18-19-21-22-23-26；A4 为5-24-25-27；A5 为6-7-8-9-28-29-30-31；A6 为10-11-12-13-14-15-16。①在A1 和A2 台区，我们对比分析了前推回代算法和本文研究算法的统计精度。结果表明，前推回代算法的统计精度最大可达到74%，最低点也在71%之上；而我们研究算法的统计精度最大可达到95%，最低点也为93%。在A1 台区，我们研发的算法比前推回代算法的统计精度要高出70%之上，这表明两者的应用效果都很好。②A4 台区为5-24-25-27，在A4 台区，我们比较解析了两个算法的统计精度，结果发现，使用前推回代算法统计精度在三次试验中最大可达58%，而在5 次试验中最低只有52%；而利用本文研究算法统计精确度，在三次和四次试验中最高点可达92%，而在5 次试验中最低只有2。经过5 次试验，最高点达到93%，而最低则降至90%。因此，在A4 区域，本文提出的算法比传统的回归算法更加精确，具有显著的优势，在并网台区线损中的计算是十分适用的。

5 结语

综上所述，对于电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线损精确计算，是保证相关行业、企业发展速度、发展水平的关键所在。本文站在电桩谐波的分布式光伏发电并网概述、分布式光伏发电的并网及谐波影响、电桩谐波的分布式光伏发电并网及谐波影响以及并网台区线损的精确计算研究与分析4 个角度出发，着重阐述并分析了具体的计算方式与实证，并对其中所涉及的相关概念做出了详细阐明，希望能够为电桩谐波的分布式光伏发电并网台区线损精确计算提供坚实助力与有效支持。