周莹
国网山东省电力公司广饶县供电公司 山东 东营 257300
摘要：由于光伏能源的随机性与不可调度性使得光伏发电不稳定,并网后会对电网的运行安全稳定性造成不良影响。所以分布式光伏并网对电网的安全稳定影响分析十分具有必要性。本文以某机场光伏并网电网为例,计算分析小容量分布式光伏接入对配电网潮流及谐波潮流影响,主要通过电磁暂态仿真研究光伏输出的随机性对备自投保护的影响,分析防孤岛保护对备自投保护装置的作用,并提出一种安全稳定装置确保电网安全稳定性。
关键词：分布式光伏;防孤岛保护;安全稳定性;
引言
太阳能发电技术发展潜力巨大，被认为是21世纪化石能源的最佳替代产品之一，其有效改善了当前日益恶化的环境生存压力，对推动环境可持续发展至关重要。随着分布光伏的大规模并网，光伏发电的高渗透率对电网运行的负面效应日益突出。因此如何合理有效的消纳光伏等清洁能源是目前限制光伏发展的主要瓶颈。
1分布式光伏接入对配电网电压质量的影响与要求
1.1配电网络与分布式光伏
配电系统的主接线方式主要有单电源树干式接线、单电源辐射式接线和双电源手拉手环网接线，并且环网接线方式又常常工作在开环状态。所以，在任一种正常运行情况下，配电网的接线方式都可以被认为是单电源辐射式接线。由于较短的馈线长度和较低的电压等级，在配电网中只考虑线路分布电抗和分布电阻，不考虑对地分布电容以及三相间线路的互感。
配电网母线侧的连线方式比较繁琐，由配电母线供电的负荷总容量比配电系统的容量小得多，所以由负荷量的变化对上级系统引起的影响是很小的。综上，本文将配电母线以上系统等效为一个具有一定串联内阻抗的电压源，电压源的电压为母线空载时的电压，电压源的内电抗由母线额定电压和系统短路容量决定。
馈线中不同位置分布有若干负荷和分布式光伏电源。在中、低压配电网中，负荷种类繁多，随机性很强，较难准确地对负荷加以电路描述。为便于研究，此处采用恒功率静态模型来表示馈线上各节点的负荷，同时假设负荷是三相对称的。
接入配电网的光伏电源一般属于中小容量的分布式电源，它们一般不参与配电网电压的调节。为了充分利用太阳能和光伏逆变器的容量，光伏发电系统通常工作于最大功率点跟踪控制方式和单位功率因数状态。因此在以下分析中，认为分布式光伏电源的出力恒定、三相对称且工作于单位功率因数。
1.2分布式光伏接入引起的节点过电压
分布式光伏接入电网，向电网注入有功功率的同时，必将影响到配电网各个节点的电压，对电压具有一定的提升作用，可能导致节点电压越限。
2分布式光伏对电网谐波的影响
并网发电站主要包括并网光伏发电站和并网风电场两种类型，由于并网光伏逆变器的绝缘栅双极型功率开关(IGBT)的物理特性，以及采用脉宽调制控制方法的逆变器自身特点，并网光伏电站运行时会产生相应的电压电流谐波，且由光照强度变化(如自然光照强度变化、浮云的阴影效应、物体的阴影效应等)引起光伏电站输出功率的波动间歇变化以及光照不对称都会引起谐波污染。对于风电场并网时注入电网的谐波主要来源于:(1)风力发电机组本身配备的电力电子装置引起的谐波;(2)风电场并联补偿电容器与线路电抗发生谐振产生的谐波。所研究的风电场发电机组均为全功率变频的变速风电机组，其电流谐波大小主要取决于调制方式和开关频率，不同脉宽调制方式下全功率变频风电机组的电流谐波分布，对于定开关频率调制在开关频率和开关频率的倍频左右产生峰值谐波，而变开关频率调制则具有较宽的间谐波和整次谐波频带。此外，电网不对称故障产生的负序电压以及配网自身的电压谐波，将导致新能源发电机组产生附加的谐波电流，该部分电流谐波特性由变流器的控制策略决定。
3分布式光伏对电网电压的影响
3.1分布式光伏发电对馈线稳态电压的影响
电力系统中一般通过投切电容器和改变有载调压变压器(LTC)的分接头调压调节电压，此外很少配置其他的动态无功调节设备。若新能源发电接入电网所占比例较大，新能源发电站的功率波动性将使线路的负荷潮流也极易波动且变化较大，加大电网正常运行时的电压调整难度，从而使得原有的调压方案不一定能满足新能源发电站接入后的电网电压要求。
此时变电站有载调压变压器分接头位于+4档;当新能源发电站接入变电站低压侧时，由于流过主变压器功率减少，若分接头没有降档位仍位于+5档，则此时馈线后端节点的电压将越限。可见按原有的调压策略将可能使用户侧电压水平降低，因此针对新能源发电站接入电网改进传统的调压方案十分必要。
发电站与电网的公共连接点电压稳态变化由新能源发电穿透功率、接入电网短路容量和输电线路阻抗共同决定，可见风电场功率输出对电网电压有一定支撑作用，风电场的有功输出越大则电压支撑程度越强。
3.2光伏发电对电网电压波动和闪变的影响
电网电压波动和闪变主要由新能源发电站中机组的开停机、出力随一次能源波动变化，以及发电站补偿电容器投切造成。新能源发电站输出功率波动是其引起电网电压波动和闪变的直接原因，其中风速变化是风电场输出功率波动的主因，风速的湍流强度与电压波动和闪变近似成正比关系增长。分析了恒速定桨距和恒速变桨距风电机组在切换过程中产生的电压波动和闪变，并与持续运行过程中产生的电压波动和闪变作了比较，得出恒速定桨距风电机组在切换过程中产生的电压波动和闪变要比持续运行过程中产生的电压波动和闪变大，而对于恒速变桨距风电机组结论相反。
由于其在低风速区域和高风速区域采用不同控制方式，连续运行过程中机组的出力在不同风速范围具有不同特点，从而导致风电场在低风速区域也可能引起较大的闪变水平上升。变速风电机组利用功率平滑控制能够有效减小功率波动产生的电压波动和闪变，而对于恒速风电机组在高风速时采用失速控制也可减小电压闪变。
4算例分析
针对分布式光伏对配电网产生的影响，仿真在每户居民都接入分布式光伏，改变配电网负荷水平和光伏开放容量，研究分布式光伏对配电网网络损耗、电压分布、线路载流量和三相不平衡程度的影响。配电网的功率基值为1kVA，电压基值为220V，线路载流上限为100A，节点电压上下限分别为1.07p.u.和0.90p.u.。负荷水平定义为负荷与配电网变压器容量之比;分布式光伏开放容量定义为分布式光伏视在功率与配电网变压器容量之比。
结语
分布式光伏并网会对配电系统的电压产生影响，由于光伏功率特性受外界光照变化影响波动较大，可能会导致电网电压波动超标。本文研究了分布式光伏接入对配电系统电压的影响，通过仿真计算验证了光伏并网点越远、光伏容量越大，配电网电压的波动就会越大，并给出相应的对策，为大量分布式光伏接入配电网后能安全稳定地运行提供了可靠的理论基础。
参考文献
［1］尹淞，郝继红.我国太阳能光伏发电技术应用综述［J］.电力技术，2009，73(3)：1-4.
［2］谷彩连，冷晓华.分布式电源并网对配电系统的影响研究［J］.电气开关，2014(5)：51-54.
［3］李蕊，李跃，郭威，等．分布式光伏接入对配电网可靠性影响的仿真分析［J］．电网技术，2016，40(7):2016－2022．
［4］管霖，赵琦，周保荣，等．基于多尺度聚类分析的光伏功率特性建模及预测应用［J］．电力系统自动化，2018，42(15):24－30．
［5］王昌照，汪隆君，王钢，等．分布式光伏出力与负荷相关性对配电网可靠性的影响分析［J］．电力自动化设备，2015，12(6):1006－1013．