探讨分布式光伏发电接入对配电网谐波特性的影响

探讨分布式光伏发电接入对配电网谐波特性的影响

朱正会

国网安徽省电力有限公司宿州供电公司安徽省宿州市234000

摘要：伴随全球能源短缺、环境污染等加深，分布光伏发电术凭借清洁无污、资源的丰富等特点赢得社会普遍关注及国家相关政策大力支持。光伏发电相关系统经逆变器等电力、电子设备并到电网中，形成谐波流到配电网，影响配电网的谐波。其中配电网谐波种类比较多，会展现多分布的参数特点，进而导致多接入点的分布式光伏配电网谐波放大特点、传输特点变得繁杂。因此，在接入分布式光伏发电后绝不能忽略其对配电网谐波产生的影响。

关键词：分布式；光伏发电；谐波特性；影响

一、谐波分析方法

太阳能发电要通过光伏逆变器并网，因而会向配电网注入大量谐波电流，引起各节点电压畸变。引起畸变的大小与PV接入的容量及位置有关，为简化分析，设计了一个简单的单辐射馈线配网系统，如图1所示。

1.1谐波源模型

电力系统中多数谐波潮流分析是用线性稳态电路的处理技术进行求解。谐波源是一种非线性元件，通常认为是往线性网络模型注入谐波的注入源，可分为电流源和电压源。目前工程实际应用中将逆变器和负荷中非线性负载看做是内阻无穷大的谐波恒流源，便于对多个无规则谐波源进行叠加计算，正适合于文中对多个谐波电流经过线路传输后对各节点波形畸变的影响研究。

通常，配电母线上的电压畸变相对较低，因此在供电系统中可以认为逆变器及非线性负载的电流畸变是相对恒定和独立的畸变，即认为谐波源所产生的谐波电流仅取决于设备的出厂频谱特性。

1.2未接入光伏时的谐波分析

常规的配网负荷属于非线性负荷，本身也是一个谐波源。在PV接入之前，注入各节点的谐波电流仅与流入负荷的基波电流幅值和相角成线性关系。假设负荷电流的第次谐波用其幅值与基波电流幅值的比值表示，记为，流入负荷的基波电流幅值为：

第次谐波的注入电流为：

系统等值网络如图2所示。

线路末端，负荷节点的第次谐波电压为：

式中，r、x、b均为线路的单位电阻、电抗、电纳，对于同一型号的线路取常数值。当谐波次数变化时谐波电压也会变化，因此不同次数的谐波经过同一线路其影响特性也不同。由于电缆线路的单位导纳较大，因此即使是配网较短的线路也不可忽略其对地电容的影响。不同的线路型号和长度会对应一个特定的，使有一个极大值，可以看做是线路对特定次数谐波的放大作用。

二、分析接入分布式光伏发电对配电网谐波造成的影响

2.1不同接入位置对谐波造成的影响

配电网中接入位置、方式不同的分布式光伏电源均会影响到电能的质量，在接入分布式光伏电源时需考虑各个位置对谐波产生的不同影响。在接入容量、方法、谐波源的模型没有发生变化时，分布光伏的位置和系统母线距越近，其线路的整体谐波畸变就越低，但如果最大谐波的电压畸变点在线路的末端节点位置，需要考虑配网负荷中有无非线性负荷的存在，如果在系统内会存在谐波的电流注入。所以当线路节点相关电压有没有达到标准进行判断时可由线路末端的电压畸变值判断，得出正确结果。改变接入的位置主要为经对于基波电压改变后影响其谐波注入相关水平，接入容量无超负荷总容量时，沿线电压呈现降低趋向，即分布式光伏电源接在首端位置时所接入的点基波电压就会比接在尾端时高。但是对恒功率相关模型的光伏电源来说，如果基波电压越高则基波的电流越小，因此如果接入位置近尾端，注入PCC的点谐波相关电流越大，同样反之，当接入光伏的电源位置越靠近其系统母线，则注入PCC的谐波电流就越小。若要降低谐波的畸变率，则不能在线路尾端接入分布式光伏电源，可接在线路负荷相对较重的中间节点位置。

2.2分散方式对谐波造成的影响

在配电网中接入分布式光伏电源时，考虑到资源分布和用户的具体需求等问题，对分布式光伏进行具体规划时难以将其聚集在同一负荷点，如果接入的容量比较大，往往会分布在各个节点。另外，根据负荷比例和平均接入的整体谐波水平均比随机接入高的情况来看，导致该情况产生的因素主要有两点，随机接入时接在首端容量比较大，从接入位置分析接入位置及系统母线较靠近能减少谐波的注入水平，同时可将光伏逆变相关电源当成小谐波源，谐波源间谐波体现其叠加关系，其中两台谐波源靠较近其相角会较近，以线性相关叠加形式展现。若单点量多会发生相角的正负抵消，其注入谐波会小于分散接入时注入的谐波。

2.3负荷轻载对谐波造成的影响

在配电网中实际光伏出力与配网负荷实时都在发生变化，变化的幅度均比较大，而且国标中严格控制着节点电压的畸变率和注入的PCC点谐波电流，所以需将比较极端的状况也考虑在其中，避免注入谐波高出国标限值范围。通过具体实验发现重载时，馈线谐波比轻载时高，造成该现象的原因是：一是负荷轻载线电压逐渐出现升高，功率定时其光伏电源谐波的基波电流降低，而谐波电流随之降低，同时依据整体相关情况发现负荷轻载可造成谐波的水平下降；二是负荷自身属于谐波源，其轻载负荷的注入谐波相关电流比较小，逆变器相关谐波电流比负荷电流高，其不会造成比较大效果影响，但谐波水平不会出现恶化的情况。

结语

作为可再生新型能源，分布式光伏发电有着势不可挡的发展、上升趋势。当配电网系统中接入分布式光伏发后，单电源相关辐射状网会变为遍布用户、电源中多源的互联网络，而电能质量的特性也会变得更复杂。通过相关分析发现分布式的光伏于并网内产生电压的闪变较小，其电压闪变与波动程度和光伏功率大小、电网的短路容量有关，有效掌握其分布光伏发电相关接入对于配电网谐波特性的影响及因素，可有效发挥并提高其在配电网实际应用价值。

参考文献：

[1]左伟杰，马钊，周莉梅，等．基于配电网电能质量健康评估策略的分布式光伏接入方法[J]．电网技术，2015.

[2]崔红芬，汪春，叶季蕾，等．多接入点分布式光伏发电系统与配电网交互影响研究[J]．电力系统保护与控制，2015.

朱正会（1975.11-），男，安徽枞阳人，上海电力学院电气自动化专业本科，高级工程师，单位：国网安徽省电力有限公司宿州供电公司