分布式光伏接入對配電網(wǎng)系統(tǒng)的影響分析
2013-09-03 10:14:00 來源:電子變壓器與電感網(wǎng) 點擊:3859
1.對電壓的影響
集中供電的配電網(wǎng)一般呈輻射狀。穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)下,電壓沿饋線潮流方向逐漸降低。接入光伏電源后,由于饋線上的傳輸功率減少,使沿饋線各負荷節(jié)點處的電壓被抬高,可能導(dǎo)致一些負荷節(jié)點的電壓偏移超標,其電壓被抬高多少與接入光伏電源的位置及總?cè)萘看笮∶芮邢嚓P(guān)。通常情況下,可通過在中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置有載調(diào)壓$變壓器和電壓調(diào)節(jié)器等調(diào)壓設(shè)備,將負荷節(jié)點的電壓偏移控制在符合規(guī)定的范圍內(nèi)。對于配電網(wǎng)的電壓調(diào)整,合理設(shè)置光伏$電源的運行方式很重要。在午間陽光充足時,光伏電源出力通常較大,若線路輕載,光伏電源將明顯抬高接入點的電壓。
如果接入點是在饋電線路的末端,接入點的電壓很可能會越過上限,這時必須合理設(shè)置光伏電源的運行方式,如規(guī)定光伏電源必須參與調(diào)壓,吸收線路中多余的無功。在夜間重負荷時間段,$光伏電源通常無出力,但仍可提供無功出力,改善線路的電壓質(zhì)量。光伏電源對電壓的影響還體現(xiàn)在可能造成電壓的波動和閃變。由于光伏電源的出力隨入射的太陽輻照度而變,可能會造成局部配電線路的電壓波動和閃變,若跟負荷改變疊加在一起,將會引起更大的電壓波動和閃變。雖然目前實際運行的光伏電源并沒引起顯著的電壓波動和閃變,但當大量并網(wǎng)光伏電源接入時,對接入位置和容量進行合理的規(guī)劃依然很重要。
2.對短路電流的貢獻
通常認為在配電網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)生短路時,接入到配電網(wǎng)絡(luò)中的光伏電源對短路電流貢獻不大,穩(wěn)態(tài)短路電流一般只比光伏電源額定輸出電流大10%~20%,短路瞬間的電流峰值跟光伏電源$逆變器自身的儲能元件和輸出控制性能有關(guān)。在配電網(wǎng)絡(luò)中,短路保護一般采用過流保護加熔斷保護。對于高滲透率的光伏電源,饋電線路上發(fā)生短路故障時,可能由于光伏電源提供絕大部分的短路電流而導(dǎo)致饋電線路無法檢測出短路故障。
1999年,IEA-PVPS-Task-5(國際能源署中的光伏技術(shù)工作組)在日本曾用4個不同廠家控制電流注入的逆變器連接到一個配電網(wǎng)上的柱式$變壓器,然后在變壓器另一側(cè)進行短路試驗。試驗表明,短路電流上升不超過故障前的2倍,1~2個周波就隔離了故障。此外,日本還對一個200kWp的光伏電源系統(tǒng)進行短路試驗,研究發(fā)現(xiàn):短路電流經(jīng)過變壓器后,電流變小,變壓器過流保護不動作。2003年,美國的NERL(美國可再生能源國家實驗室)曾做過關(guān)于分布式發(fā)電與配電網(wǎng)絡(luò)之間的交互影響的研究。采用以逆變器方式接入的分布式電源,仿真原型建立在13.2kV的中壓配電網(wǎng)絡(luò)上,分布式電源的容量是5MW,研究重點是熔斷保護特性。結(jié)果表明,當發(fā)生單相和三相故障時,以逆變器方式接入的分布式電源對短路電流的貢獻很小,短路電流主要來自主網(wǎng),甚至比5MW感應(yīng)電機提供的短路電流還要小的多。因此,可以得出以控制電流注入的光伏電源逆變器對短路電流貢獻不大的結(jié)論。
3.非正常孤島
隨著在配電網(wǎng)絡(luò)中有越來越多的分布式電源接入,出現(xiàn)非正常孤島的可能性也越來越大,IEC在1998年曾用“故障樹理論”分析非正常孤島發(fā)生后發(fā)生觸電的可能性。2002年,IEA-PVPS-Task-5曾用“故障樹理論”分析光伏電源的非正常孤島。在考慮光伏電源滲透率達6倍夜間負荷的極端情形下,發(fā)現(xiàn)非正常孤島導(dǎo)致觸電的可能性很小,概率小于10-9次/年。因此,只要管理得當,加上光伏$電源逆變器自身帶有反孤島功能,大量光伏電源的接入并不會給系統(tǒng)增加實質(zhì)性的觸電風險。
同時,對荷蘭地區(qū)一個典型低電壓住宅區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)就光伏電源系統(tǒng)發(fā)生孤島的可能性進行研究,發(fā)現(xiàn)該區(qū)光伏電源發(fā)生非正常孤島運行的可能性低于10-5~10-6次/年,幾乎為零。因此,認為在住宅區(qū)大量接入光伏電源導(dǎo)致發(fā)生非正常孤島的可能性很小。2006年,DISPOWER對在德國使用的帶檢測電網(wǎng)阻抗變化的反孤島策略及電網(wǎng)電壓和頻率監(jiān)控的光伏電源逆變器進行了測試,結(jié)果表明當電網(wǎng)在一般低阻抗情況下運行時,效果理想;當電網(wǎng)在高阻抗不理想的情況下運行時,光伏電源$逆變器檢測電網(wǎng)阻抗變化精確度比較差,目前還沒有很好的解決方案來滿足德國對光伏電源反孤島策略的標準要求。近年來,大量研究結(jié)論表明:即使將來有大量分布式電源接入到配電網(wǎng)中,只要措施得當,發(fā)生非正常孤島的風險可控制在合理的范圍內(nèi),并不會使系統(tǒng)發(fā)生非正常孤島風險的可能性有實質(zhì)性增加,因而發(fā)生非正常孤島不會成為妨礙光伏電源等分布式電源接入的一個技術(shù)壁壘。
4.注入電流諧波
電流諧波對配電網(wǎng)絡(luò)和用戶的影響范圍很大,通常包含改變電壓平均值、造成電壓閃變、導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)電機及發(fā)電機發(fā)熱、$變壓器發(fā)熱和磁通飽和、造成保護系統(tǒng)誤動作、對通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾和系統(tǒng)噪音等。光伏電源逆變器產(chǎn)生的諧波來源主要有2個:50Hz參考基波波形不好產(chǎn)生的諧波和高頻開關(guān)產(chǎn)生的諧波。諧波之間的相位差、配電網(wǎng)的線路阻抗以及負荷都能消除部分諧波。當光伏電源逆變器生成正弦基波時,可以部分補償配電網(wǎng)的電壓波形畸變,但會使逆變器輸出更多的電流諧波,把光伏電源逆變器接入到弱電網(wǎng)時就會明顯出現(xiàn)上述現(xiàn)象。當光伏電源逆變器檢測配電網(wǎng)電壓來生成參考基波時,光伏電源逆變器可以輸出很好的正弦波電流,但是無法補償配電網(wǎng)的電壓波形畸變。
1998年,IEA-PVPS-Task-5曾經(jīng)對丹麥的一個80%家庭都安裝有光伏電源的住宅區(qū)進行測試,發(fā)現(xiàn)光伏電源對當?shù)氐闹C波貢獻有限,還不如家用電器造成的諧波多。因此,研究者認為:對于具有相對較高短路容量的饋電線路和局部高滲透率的光伏電源接入的情況,均有此普遍現(xiàn)象。1999年,IEA-PVPS-Task-5曾在日本對多光伏電源接入到同一配電變壓器(住宅區(qū)柱式變壓器)中的諧波進行測試,使用了多個廠家和多個型號的逆變器。測試結(jié)果表明,同類型的逆變器(內(nèi)在電路和控制策略一致)會造成特定次數(shù)的諧波疊加,不同類型的逆變器可會相互抵消諧波的注入。英國也在1999年做過類似的測試,測試結(jié)果表明:高次諧波衰減很快,低次諧波的變化情況比較復(fù)雜。在強網(wǎng)中諧波畸變一般是個常值,而弱網(wǎng)中的諧波畸變一般隨接入的光伏電源逆變器個數(shù)增加而加重。當饋電線路阻抗值較大時,可使諧波衰減明顯。為了防止特定次數(shù)的諧波產(chǎn)生振,有必要限制光伏電源逆變器的容量。在實際運行中,光伏電源注入的諧波電流一般都能符合相關(guān)標準的要求。
網(wǎng)絡(luò)變壓器作為信號無源隔離元件已成為通信網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備中的重要接口器件,在網(wǎng)絡(luò)變壓器設(shè)計分析與實際應(yīng)用中,對傳輸信號的充分認識與了解十分重要,可以避免一些技術(shù)分析彎路。
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