评估电压偏差与谐波约束下配网光伏最大渗透率

卢绍群+龚根平

摘要本文以三相不平衡的电网系统为研究对象，于对应位置接进分布式光伏，通过OpenDSS软件处理该光伏接入电网系统后谐波电压畸变率、节点电压偏差，以IEEE519-1992谐波标准、ANSIC84.1-2006稳态电压标准为标准，评估电压偏差与谐波约束下配网光伏最大渗透率。研究结果证明，光伏的最大渗透率主要与线路参数、拓扑结构有关，当光伏的接入点与馈线首端距离越近时，渗透率也会相应提升。

关键词分布式光伏；谐波约束；电压偏差；最大渗透率

根据传统配电网络的运行经验可知，在线路中重新接入分布式电源时，很有可能对电力輸送过程产生不良影响，因此，如何克服分布式电源给电力系统带来的问题，是当前电力企业必须思考与解决的问题。当前针对分布式电源的研究案例较少，通常都以光伏系统为基础，如EL功率模型，以光伏并网逆变器为主要设备，设计出光伏并网体系等。本文以3个不同规模的三相不平衡配电网系统为例，即IEEE13、IEEE123、IEEE37，分析此3个系统基于电压偏差与谐波约束下配网光伏的最大渗透率。

1电力系统中理论概念基础分析

1.1光伏模型

仿真模型使用三相不平衡潮流计算软件——OpenDSS软件，光伏模型使用该软件内部平台供应的系统模型，光照的温度、强度可决定光伏阵列输出功率大小。计算谐波潮流时，需严格按照光伏并网接口特性（IEC 61727-2004）标准，设置不同次谐波的输出参数，并利用潮流计算，计算出一天之内负荷节点电压偏差与电压畸变率与光照温度、强度之间的关系。

1.2谐波、电压与光伏的关系

基于仿真、谐波建模的角度分析，光伏是指往配电馈线位置输入谐波的一种非线性负荷，在功率变换器的作用下，光伏会不断产生出谐波电流，当谐波电流数值过大时，配电系统电压畸变率将会超过畸变限值。同时，将光伏接到配电网络后，其虽然不会参与到电压的调节过程，但因光伏会输出有功功率，会直接转变线路功率，进而使得节点电压发生变化，光伏的有功功率输出越大，电压变化也会越大。

1.3配电系统

配电系统在地电容不平衡、电力系统符合不平衡的情况下，会引发三相不平衡的问题，受到配电系统参数设置、拓扑结构不相同等因素的影响，光伏最大渗透率也会发生一定变化。本文选取的节点IEEE13、IEEE123、IEEE37均来源于IEEE系统，其属于多分支、多节点的树状型配电系统，包含不同种类的负荷，如三相、两相负荷等。

1.4选取恰当的光伏接入位置

光伏渗透率是指光伏总安装容量与负荷峰值视在功率的比值，具体计算公式如下所示：

光伏渗透率=光伏总安装容量/配电网络负荷峰值视在功率

为研究配电系统中不同位置分布式光伏对于系统电能输送的影响，应先选定系统，并按照馈线电源与节点之间的距离，对负荷节点排序，利用输电线路总长度，计算馈线首端与节点的距离，把节点到馈线首端的最长、最短距离作为两个端点，并划分为3个均匀的区间，制定“首端”“中部”“末端”“随机”“均匀”5个接入方案，把分布式光伏接入对应的节点，并不断提升光伏渗透率，仔细记录负荷节点的谐波畸变率、节点电压。

2研究案例

本文以3个不同规模的三相不平衡配电网系统为例，即IEEE13、IEEE123、IEEE37，在该3个节点处接入光伏，利用仿真系统计算出不同节点位置光伏运行中的谐波、电压畸变率，并计算其最大值，直到最大值超过相关标准的限值。其中光伏最大渗透率的计算公式如下所示：

其中：P代表电压偏差与谐波约束下光伏最大渗透率；

P代表电压偏差约束下光伏最大渗透率；

P代表谐波约束下光伏最大渗透率。

2.1IEEE测试系统13节点研究结果

IEEE测试系统13节点仅有一个单相调压器，放置在主电配电变压器的下方，包括单相电容器与三相电容器，经过仿真软件处理后，发现IEEE测试系统13节点中，基于电压偏差约束下配网光伏的最大渗透率均大于50.0%，谐波约束下光伏的最大渗透率均大于100.0%。

2.2IEEE测试系统123节点研究结果

IEEE测试系统123节点中包含单相调压器、三相调压器各2个，于馈线末端位置设置接地电容4个，经过仿真软件处理后，发现IEEE测试系统123节点中，电压偏差约束下的光伏最大渗透率均较小，谐波约束下光伏的最大渗透率均超过100.0%，说明电压偏差是影响光伏最大渗透率的重要因素。

2.3IEEE测试系统37节点研究结果

IEEE测试系统37节点中包含单相调压器2个，均设置在变压器下方，没有其他固定电容器，经过仿真软件处理后，发现IEEE测试系统37节点中，电压偏差约束下的光伏最大渗透率均超过100.0%，谐波约束下的光伏最大渗透率比较小。

从IEEE13、IEEE123、IEEE37三个不同节点的实验数据可知，不同系统的光伏最大渗透率差异较大，说明馈线结构的不同、节点位置的不同均会影响到光伏最大渗透率。

3基于电压偏差、谐波约束下光伏最大渗透率

根据实验结果可知，如果考虑下游光伏出力与调压器之间的关系，当电压偏差已经超过极限时，可直接改变调压器的抽头值、调整调压器的补偿阻抗，以增加光伏最大渗透率。从谐波约束的角度分析，末端位置的光伏最大渗透率均小于中部、首端位置，说明基于谐波约束下，光伏最大渗透率与馈线结构有关系。

4结论

综上所述，本文以3个不同规模的三相不平衡配电网系统为例，于对应的节点接入光伏电源，评估出电压偏差与谐波约束下配网光伏最大渗透率，其具体的结论分为以下几方面：首先，在配电网络上接入一定容量的光伏，会直接对馈线谐波、电压产生影响，电压、谐波电压畸变率与光伏容量呈现出正相关的关系；其次，电压偏差与谐波约束下的配网光伏渗透率与馈线首端的距离有着密切联系，越接近馈线首端时，光伏渗透率会越大，因此，在设置光伏接入位置时，可考虑靠近变压器一侧；最后，受到配网系统参数设置、拓扑结构的不同，最大光伏渗透率的约束条件也会发生相应变化，电网研究人员应根据谐波与电压的约束条件，处理好光伏渗透率，确保电能输送的顺利进行。