光伏发电并网系统对配电网电压稳定性影响分析
发布时间：2021-12-20
摘 要: 现有技术手段不能有效抑制并网系统的极限运行状态，导致配电网的荷载承受能力逐渐降低。为解决上述问题，提出一种新型光伏发电并网系统对配电网电压稳定性的影响分析方法。在确定并网电源准入功率的基础上，对光伏配电节点、潮流环网进行处理，完成光伏发电并网系统的配电潮流计算。在此基础上，通过确定配电网容量、并网位置、并网方式的变化情况，完成光伏发电并网系统对配电网电压稳定性的影响分析。模拟对比实验结果显示，与普通技术手段相比，应用新型光伏发电并网系统对配电网电压稳定性影响分析方法后，并网系统极限运行状态的发生几率明显降低，配电网荷载承受能力提升 30% 左右。
关键词: 光伏发电; 并网系统; 配电电!; 准入功率; 节点处理; 潮流环网; 电网容量
0 引言
光伏并网发电系统以太阳能组件作为核心搭建设备，当直流稳压电流进入系统后，并网逆变器会在符合电网供电要求的前提下，将直流电转化为公共交流电，并将这些电能资源直接输送至核心电网中进行长久储存。常见的光伏并网发电系统大都包含一个或多个集中式并网电站，且这些电站的供电分配标准都由国家统一制定[1-2]。这类系统能够将散乱分布的电能资源整合、输送至核心供电网络，并在相关单位的干预控制下，将这些电力资源均匀调配至每一个客户端承接装置中。也有一部分小型并网发电系统会配备光伏一体化设备，并通过统一分路支流的手段，将所有电力资源都整合到核心供电设备中。
现有技术手段通过戴维南等效阻抗矩阵确定并网系统中光伏发电电子总量，再利用三相连续潮流算法总结出配电网电压稳定性的变化趋势。这种方法充分采用参数局部优化的方式，追踪配电网各节点所分配的电子总量，节省了初值敏感电阻收敛性问题的处理时间。但随着应用时间的增加，这种方法不能对并网系统的极限运行状态进行有效抑制，常导致配电网荷载承受能力降低现象的出现。为避免上述情况的发生，利用计算配电潮流等手段，建立一种新型光伏发电并网系统对配电网电压稳定性的影响分析方法，并通过设计对比实验的方式，证明该方法的实际应用价值。
1 光伏发电并网系统的配电潮流计算
光伏发电并网系统配电潮流计算是新型影响分析方法的搭建基础，在电源准入功率确定等环节的支持下，其具体计算方法可按如下步骤进行。
1. 1 并网电源准入功率确定
并网电源的准入功率是描述系统配电潮流运行结果的重要指标。在光伏发电并网系统保持稳定供电状态时，为保证输出电子的稳定供应，一部分准入源压会在配电接点的促进下，发生分布离散现象，使总量巨大的并网推进电子流分散成多个包含微小供电原量的分级推进电子流，进而使供电紧张现象得到有效缓解[3]。
1. 2 光伏配电节点处理
光伏配电节点是保证并网系统配电潮流计算结果准确性的关键步骤。在已知并网电源准入功率的前提下，可通过整合系统内旁系光伏电子的方式，使输出电压量成为一束可平行传播的电子集群，再通过扩充集群分流方向的手段，使得这些已形成固定结构的电子能够自由分散到并网系统的各个环节[4-5]。
1. 3 发电系统潮流环网处理
发电系统的潮流环网处理结果是保证配电潮流计算具备真实性的重要保障。潮流环网同时具备闭环结构和开环运行两种特性，即在光伏发电并网系统处于稳定运行状态时，配电网的电子辐射结构中不包含完整的闭环网络，但在特定传输情况下，每种配电网电子都可以进行短暂的环网运行状态，这也是发电系统能够保持潮流环网处理运行的主要原因。在短暂的潮流环网运行情况下，一部分光伏电子不能顺利进入配电网结构，易导致偏执供电现象的出现[6-7]。
2 配电网电压的稳定性分析
在光伏发电系统配电潮流计算的基础上，通过确定系统对并网容量、并网位置、并网方式三方面的影响情况，完成配电网电压的稳定性分析。
2. 1 光伏发电系统对配电网容量的影响
光伏发电并网系统对配电网容量的影响主要体现在励磁调节方式改变、恒功率调节幅度增强等方面。当光伏发电并网系统的配电潮流对异步发电机提供一个逆变脉冲时，电压恒控接口在励磁调节作用下，会对 PQ 节点发送一个薄弱连接信号，且在该信号的刺激下，配电网电子会保持长时间的振动状态[8-9]。在整个调节过程中，配电网容量上、下限因受到电子振动的影响，会不断向两级延伸，直至上、下限差值等于并网系统的输出电压为止。当光伏发电并网系统的配电潮流对异步发电机提供多个逆变脉冲时，电压恒控接口不能完全满足薄弱电信号的连接请求，为避免电能传输阻塞现象的出现，PQ 节点在不影响并网系统运行状态的前提下，始终保持恒功率调节状态，并通过不断改变配电网容量上、下限数值的方式，使电压周期的稳定性得到保障。
2. 2 光伏发电系统对配电网并网位置的影响
配电网中的并网位置存在Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型三种存在状态。当光伏发电系统输出电压的功率损耗逐渐增大时，距离薄弱配电节点最近的Ⅰ型并网位置会在静态电压的促进下，发生明显的稳压迁移[10-11]。而Ⅱ型并网位置与薄弱配电节点距离较远，而随着静态电压稳定裕度的增加，输出电压的负荷支撑作用会对并网电子容量产生明显的抑制作用，为避免相邻线路有用功损耗的逐渐增加，Ⅱ型并网位置会采取靠近上级 电 网 节 点 的 方 式，保 持 配 电 网 电 压 的 稳 定性[12-13]。在光伏发电系统保持分散接入条件时，Ⅲ 型并网位置的接入状态会逐渐向着输出薄弱节点靠近，此时一部分发电节点会保持断续接入状态，在上级电网的稳压条件得到保障时，Ⅲ型并网位置不再发生改变，并在系统稳流输出条件的控制下，使配电网的电压逐渐趋于稳定。
2. 3 光伏发电系统对配电网并网方式的影响
无论光伏发电系统是保持分散接入状态还是集中接入状态，配电网的并网方式都会在静态电压的促进下，对系统的稳定供电电压进行调节。当静态电压的稳定裕度逐渐增加时，发电系统的正面输出作用会直接控制配电网的逆向功率，并在功率损耗小于配电额定功的条件下，通过调节并网方式的手段，使电压的稳定性得到保障。当光伏发电系统的输出电压由低到高时，配电网的并网方式会从单向结合变为双向结合; 当光伏发电系统的输出电压由高到低时，配电网的并网方式会从双向结合变为单向结合[14-15]。但是无论那种并网方式，都会使配电网的稳定电压在短时间内达到稳定状态。整合上述三个步骤，完成光伏发电并网系统对配电网电压稳定性的影响分析。
3 实验结果与分析
为验证新型光伏发电并网系统对配电网电压稳定性影响分析方法的实用性价值，设计如下对比实验。以两台配置相同的计算机作为实验对象，其中搭载普通影响分析方法的作为对照组，搭载新型影响分析方法的作为实验组，以 700 min 作为实验时间，分别记录在该段时间内，应用实验组、对照组分析方法后，并网系统极限运行状态发生几率、配电网荷载承受能力的变化情况。
3. 1 实验参数设置
为保证实验结果的真实性，可按照表 1 对相关实验参数进行设置。
上表中参数依次代表并网运行系数、极限运行状态上限、荷载承受参数、荷载承受上限、实验时间，为保证实验结果的真实性，实验组、对照组实验参数始终保持一致。
3. 2 并网系统极限运行状态的发生几率对比
为避免突发性事件对实验结果的影响，本次实验分为两部分进行。在配电网处于高压供电状态、并网运行系数为 0. 69 的条件下，以 70 min 作为实验时间，分别记录在该段时间内，应用实验组、对照组分析方法后，并网系统极限运动状态发生几率的变化情况; 在配电网处于低压供电状态、并网运行系数为 0. 72 的条件下，以 70 min 作为实验时间，分别记录在该段时间内，应用实验组、对照组分析方法后，并网系统极限运动状态发生几率的变化情况。具体实验对比情况如图 1、图 2 所示。
分析图 1 可知，在配电网处于高压供电状态、并网运行系数为 0. 69 的条件下，随着实验时间的增加，应用实验组分析方法后，并网系统极限运动状态发生几率呈现上升、稳定、下降上升、稳定的变化趋势，实验时间处于 60 min ～ 70 min 之间时，并网系统极限运动状态发生几率达到最大值 96. 57% ，超过目标上限 86. 35% ; 应用对照组分析方法后，并网系统极限运动状态发生几率呈现下降、上升、稳定、下降、稳定的变化趋势，实验时间为 10 min 时，并网系统极限运动状态发生几率达到最大值 60. 37% ，远低于实验组。
分析图 2 可知，在配电网处于低压供电状态、并网运行系数为 0. 72 的条件下，随着实验时间的增加，应用实验组分析方法后，并网系统极限运动状态发生几率呈现上升、下降交替出现的变化趋势，实验时间为 20 min-60 min 时，并网系统极限运动状态发生几率达到最大值 98. 74% ，超过目标上限 89. 37% ; 应用对照组分析方法后，并网系统极限运动状态发生几率也呈现上升、下降交替出现的变化趋势，实验时间为 60 min 时，并网系统极限运动状态发生几率达到最大值 78. 32% ，远低于实验组。
3. 3 配电网荷载承受能力对比
为避免突发性事件对实验结果的影响，本次实验分为两部分进行。在配电网处于高压供电状态、荷载承受参数为 1. 21 的条件下，以 70 min 作为实验时间，分别记录在该段时间内，应用实验组、对照组分析方法后，配电网荷载承受能力的变化情况; 在配电网处于低压供电状态、荷载承受参数为 1. 46 的条件下，以70 min 作为实验时间，分别记录在该段时间内，应用实验组、对照组分析方法后，配电网荷载承受能力的变化情况。具体实验对比情况如图 3、图 4 所示。
分析表 3 可知，在配电网处于高压供电状态、荷载承受参数为 1. 21 的条件下，随着实验时间的增加，应用实验组分析方法后，配电网荷载承受能力呈现先上升、再下降的变化趋势，实验时间为 30 min 时，配电网荷载承受能力达到最大值 83. 69% ，超过目标上限 77. 84% ; 应用对照组分析方法后，配电网荷载承受能力呈现先上升、再稳定的变化趋势，实验时间为 40 min 时，配电网荷载承受能力达到最大值 61. 21% ，远低于实验组。
分析图 4 可知，在配电网处于低压供电状态、荷载承受参数为 1. 46 的条件下，随着实验时间的增加，应用实验组分析方法后，配电网荷载承受能力呈现先上升、再下降的变化趋势，实验时间处于 40 min ～ 50 min 之间时，配电网荷载承受能力达到最大值 84. 15% ，超过目标上限 80. 09% ; 应用实验组分析方法后，配电网荷载承受能力呈现下降、上升、稳定的变化趋势，实验时间处于 20 min ～ 30 min 之间时，配电网荷载承受能力达到最大值 72. 08% ，远低于实验组。
4 结束语
光伏发电并网系统对配电网电压稳定性的影响分析方法对复杂的计算过程进行有效简化，通过多次潮流环网处理使输出电压在短时间内达到稳定状态，具备较强的实际推广意义。——论文作者：魏 敏，刘 锋，王红伟，曾 娟，马 伟
参 考 文 献
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