光伏电站并网时接入位置的分析方法与流程

本发明涉及输电系统技术领域，尤其是一种光伏电站并网时接入位置的分析方法。

背景技术：

光伏电站作为电网中新能源重要组成部分的分布式光伏电源，其并网规模也在不断扩大。作为一种间歇性电源，光伏电站在并网运行过程中将对系统潮流、无功电压、系统稳定性、电能质量等造成影响。

迫切需要开展分布式光伏电源对电力系统运行的影响研究，尤其是电网薄弱地区分布式光伏的规模化接入对电网的影响，以确保光伏电站并网后电网的可靠运行。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种光伏电站并网时接入位置的分析方法，获得分布式光伏馈线并网的最佳位置，指导配电网馈线上分布式光伏电源的有序合理分布，确保光伏电站并网后电网的可靠运行。

本发明提供了一种光伏电站并网时接入位置的分析方法，包括如下步骤：

a：获得分布式光伏馈线并网的多个影响因素，多个影响因素包括：馈线结构、线路型号、供电范围、负荷分布、负荷大小、光伏接入容量、光伏接入位置、光伏实际出力同时率和光伏动态无功补偿；

b：给每一个所述影响因素设定至少一个典型值；

c：将多个所述影响因素中的典型值相互组合，获得多个场景；

d：对每一个场景仿真，分析馈线首末端电压波动百分比，获得最优场景，该最优场景中的光伏接入位置为分布式光伏馈线并网的最佳位置。

进一步地，所述步骤b中：

给供电范围设定的典型值为：多个不同大小的距离值；

给负荷分布设定的典型值为：负荷前集中、负荷后集中和负荷平均分布；

给负荷大小设定的典型值为：负荷最大和负荷最小；

给光伏接入容量设定的典型值为线路最大容量；

给光伏接入位置设定的典型值为：光伏前集中和光伏后集中；

给光伏实际出力同时率设定的典型值为0.8；

给光伏动态无功补偿设定的典型值为0。

进一步地，所述步骤d中，对每一个场景仿真，分别在负荷大小不同情况下，模拟所接入光伏出力从零到最大变化过程中的馈线首末端电压波动百分比，比较多个场景的仿真结果，获得最优场景，该最优场景中的光伏接入位置为分布式光伏馈线并网的最佳位置。

进一步地，所述线路最大容量依下式计算：其中，为配电线路可承受的电压波动范围，pgsolar为线路最大容量，pl为有功负荷，pl为线路损耗，k为线路电阻电抗比，x0线路单位公里的电抗有名值，l为线路长度。

本发明提供的一种光伏电站并网时接入位置的分析方法，全面梳理归纳了分布式光伏并网影响因素，综合考虑了所提影响因素的分布式光伏馈线接入场景，能有效计各种因素的影响，经过仿真，获得分布式光伏馈线并网的最佳位置，指导配电网馈线上分布式光伏电源的有序合理分布，确保光伏电站并网后电网的可靠运行。

附图说明

图1是本发明中场景的具体示例；

图2是图1中场景的仿真结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本实施例以10kv馈线为例，具体介绍光伏电站并网时接入位置的分析方法。

光伏电站并网时接入位置的分析方法，包括如下步骤：

a：获得分布式光伏馈线并网的多个影响因素，通常配电网中10kv馈线数目庞大，馈线结构复杂，线路型号、供电范围各不相同，同时线路的负荷分布情况也多种多样，因此有必要结合电网具体实际，提取主要的影响因素进行相应分析。分布式光伏馈线并网的影响因素主要有三个来源，分别是：线路因素、负荷因素和光伏电源因素，其中，线路因素包括：馈线结构、线路型号和供电范围；负荷因素包括：负荷分布和负荷大小；光伏电源因素包括：光伏接入容量、光伏接入位置、光伏实际出力同时率和光伏动态无功补偿。

b：给每一个所述影响因素设定至少一个典型值。由前述影响因素的物理意义可知，有些影响因素的取值是离散型的，如线路型号，有些影响因素的取值是连续型的，如供电范围。但为便于有限穷举型仿真工作的开展，需要对上述影响因素进行典型取值设定，具体如下：

馈线结构，目前配电网10kv馈线主要有两种结构：单线型和分支型，其中单线型较为少见，普遍的是分支型馈线，这种馈线有明显的两个或两个以上的分支结构，具体分支数目及分支位置变化较多；

线路型号，应用较多的主要有jklyj-150、jklyj-185、jklyj-240；

供电范围，可分为近距离、中距离和远距离，分别对应10公里以内，10-20公里、20公里以外，为便于后续场景设置，设置为5公里、15公里和25公里三个典型数值；

负荷分布，从其对电压的影响来看，可以设置为负荷前集中、负荷后集中和负荷平均分布三种典型情况；

负荷大小，其是一个变化量，在电网中存在负荷最大和负荷最小情况；

光伏接入容量，其越大，对电压影响越大，因此光伏接入容量按线路最大容量考虑，即本案中认为光伏接入容量＝线路最大容量；

光伏实际出力同时率，考虑到接入同一馈线的光伏电源彼此相距不远，出力特性的相似度较高，因此可按一个较高数值考虑，此处选择0.8，且为计及最严重的情况；

光伏动态无功补偿设置为零；

光伏接入位置，设置为光伏前集中和光伏后集中两种情况。

c：将多个影响因素中的典型值相互组合，获得多个场景，如图1所示，图中场景1～6仅为举例，实际不止6个场景。

d：对每一个场景仿真，分析馈线首末端电压波动百分比，获得最优场景，该最优场景中的光伏接入位置为分布式光伏馈线并网的最佳位置。

如图2所示，对场景1～6仿真，考虑负荷最大和负荷最小两种情况，模拟光伏出力从零到最大变化，开展馈线首末端电压波动分析。

由图2中的结果可知：

(1)相比负荷在馈线分布位置的影响而言，光伏接入馈线位置的不同对馈线电压波动的影响是主导性影响因素，光伏电源并网位置越靠近馈线前侧，馈线电压波动越小。

(2)当光伏和负荷都分布在馈线末端时，随着并网光伏规模的扩大，光伏出力的变化，将导致馈线末端出现大幅的电压波动，从而影响光伏电源的并网规模。

(3)对于10kv馈线而言，无论其线路负荷为何种分布情况，分布式光伏采用前侧接入方式，接入到该配电线路上距离主网最近的位置，都可充分利用主网的调压能力，有效抑制光伏出力波动带来的电压波动情况。建议分布式光伏电源应尽量接入到10kv馈线接近主网一侧的位置。

另外，本实施例中，线路最大容量依下式计算：

其中，为配电线路可承受的电压波动范围，pgsolar为线路最大容量，pl为有功负荷，pl为线路损耗，k为线路电阻电抗比，x0线路单位公里的电抗有名值，l为线路长度。

该计算公式的推导过程如下：

考虑到配电网中分布式光伏接入规模有限，难以对系统的稳定性造成大的影响，而有功功率的热稳定约束主要取决于潮流水平，而分布式光伏接入配电网，在一定程度上，可以减轻配电网的送电潮流，有利于满足配电网输电线路有功功率的热稳定要求。另一方面，配电网尤其是薄弱地区的配电网由于多处于电网末端，网架结构通常较为薄弱，电压波动以及由此引发的运行电压越限问题往往较为突出。而光伏电源一次能源特性中的间歇性，带来的出力波动性可能进一步加剧配电网的电压波动问题，成为光伏接入电网规划方案的最大影响因素，为此构建线路最大容量的评估公式。

电力系统网络元件电压降落的纵向分量的一般计算公式如下：

其中，δv为网络元件电压降落的纵向分量，p为网络元件功率流入端的有功功率，q为网络元件功率流入端的无功功率，v为网络元件功率流入端的母线电压，r为配电网中线路的电阻，x为配电网中线路的电抗。考虑配电网中r＜＜x的假设并不成立，因此该计算公式无法像输电网网络元件一样做进一步的简化。配电网中线路的电阻r可表示为：

r＝k×x0×l(2)

其中，x0线路单位公里的电抗有名值，l为线路长度，k为线路电阻电抗比。

分布式光伏并入配电网，主要有两种形式：110/35kv专线接入和屋顶式光伏经220/380v接入10kv配电线路。110/35kv电压等级的光伏电源基本为专线接入，对于这一类型接入方式，由于其送电线路与规模基本匹配，且并网点往往配置有专门的动态无功补偿装置，所以并网后不易引发本送电线路的电压越限，至于多个该类型电源分别经各自的送电线路并网所引发的系统侧电压波动的叠加效应，是一个高阶的非线性关系，必须开展系统仿真，进行具体分析。而对于屋顶式光伏经220/380v接入10kv配电线路的情况，由于其均为用户侧直接并网，且10kv配电线路末端往往缺乏无功调节手段，一旦无序大量接入，容易引发电压波动带来电压越限问题。需要加以着重关注。

基于公式(1)和(2)，针对屋顶式光伏分散接入10kv配电线路的情况，进一步分析如下，如10kv输电线路的功率因数为则：

其中，p为网络元件功率流入端的有功功率，q为网络元件功率流入端的无功功率，为输电线路的功率因数。

将(2)和(3)代入(1)，同时考虑v为网络元件功率流入端的母线电压，换算成标幺值后，通常数值都接近1，因此公式(1)可以近似变换为以下形式：

10kv配电线路的功率因数多数在0.95，较恶劣的情况功率因数可低至0.90-0.92。为考虑最严重的情况，此处取功率因数为0.90。考虑到屋顶式光伏并入10kv馈线时，一般线路都带有一定的有功负荷pl，线路损耗pl，线路上的并入的线路最大容量为pgsolar。如忽略线路空载和潮流最重时线路首端的电压差值，则光伏出力波动带来的10kv配电线路电压波动可以基于公式(4)表示如下：

其中，

根据式(5)、(6)，即可由配电线路可承受的电压波动范围得到线路可并入的线路最大容量pgsolar。

本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。