中國農業(yè)大學碩士學位論文STYLEREF"標題1"錯誤！文檔中沒有指定樣式的文字。高比例光伏電站接入電網的諧波影響仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u29268高比例光伏電站接入電網的諧波影響仿真分析案例 1277051.1光伏電站接入對電壓水平和線路損耗的影響 2153381.2光伏電站接入電網的諧波影響分析 446461.2.1諧波背景 418481.2.2光伏電站接入不同位置對電網的諧波影響分析 5106581.2.3不同容量的光伏電站接入對電網的諧波影響分析 11170781.2.4多個光伏電站接入對電網的諧波影響分析 13本論文選取IEEE33節(jié)點配電網系統(tǒng)作為仿真算例，其電網結構及系統(tǒng)數據如下：圖3-1IEEE33節(jié)點配電網系統(tǒng)結構表3-1IEEE33節(jié)點配電網系統(tǒng)數據支路號首段母線末段母線電阻/Ω電抗/Ω有功負荷/kW無功負荷/kvar1010.09220.047100602120.4930.251190403230.3660.1864120804340.38110.194160305450.8190.70760206560.18720.61882001007670.71140.23512001008781.030.7460209891.0440.746020109100.19960.06545301110110.37440.123860351211121.4681.15560351312130.54160.7129120801413140.5910.52660101514150.74630.54560201615161.2891.72160201716170.7320.5749040181180.1640.156590401918191.50421.355490402019200.40950.478490402120210.70890.93739040續(xù)表3-12322230.8980.70914202002423240.8960.7011420200255250.2030.103460252625260.28420.144760252726271.0590.933760202827280.80420.7006120702928290.50750.25852006003029300.97440.963150703130310.31050.36192101003231320.3410.53026040以下為聯(lián)絡線33720223481422351121223617320.50.53724280.50.5該配電網三相功率準值為10MVA，經過統(tǒng)計，該配電網中總的有功負荷為3715kW，無功負荷為2300kvar。選擇系統(tǒng)中母線0作為10kV配電網接入110kV大電網的接入點，經過一臺升壓變壓器后接入電網。該升壓變壓器的連接組別為Yn/Dll，該變壓器的額定容量為10MVA。110kV等效電網的最小短路容量設置為20MVA，在ETAP中搭建該系統(tǒng)的單線圖，進行仿真分析。1.1光伏電站接入對電壓水平和線路損耗的影響對該配電網未接入光伏時的工況進行仿真。從仿真結果可以看出，光伏電站未接入電網時，電網中線路末端的部分節(jié)點電壓偏低，節(jié)點12至節(jié)點17的電壓以及節(jié)點28至32的節(jié)點電壓偏移均超出了國家規(guī)定的允許電壓偏移范圍。為了節(jié)點解決這一問題，可以在配網中接入光伏電站，方案一從電網節(jié)點電壓控制的角度出發(fā)，將線路中間的節(jié)點9作為光伏電站作為接入點，光伏陣列由500×20個光伏電池組成。而方案二從用戶自身的角度出發(fā)，選擇在節(jié)點14和30接分別入分布式光伏電站，光伏陣列由80×50個光伏電池組成。單個光伏電池選擇ETAP中A-60P,A-66P光伏電池板模型。光伏電站接入前后，部分節(jié)點電壓如下表所示：表3-2不同方案下電網部分節(jié)點電壓節(jié)點未接入光伏節(jié)點電壓（kV）方案一節(jié)點電壓（kV）方案二節(jié)點電壓（kV）續(xù)表3-2129.239.439.51139.29.419.5149.189.399.49159.169.379.47169.139.349.44179.139.339.43289.299.479.5299.259.429.46309.199.369.42319.189.359.41329.179.349.4從表3-2中的數據可以看出，不論是方案一中接入單個光伏電站還是方案二中在用戶側安裝分布式光伏電站，均能夠提高電網節(jié)點的電壓水平，使之符合國家有關電壓偏移的規(guī)定，并且方案二對于電壓的提升效果更加明顯，這是因為方案中的光伏接入點更加靠近線路末端，對線路末端節(jié)點的電壓提高更加明顯。因此，光伏電站接入電網，能夠對電網的電壓起到支撐作用，有利于提高供電電壓，對供電質量的提高有所幫助。而光伏電站接入電網也能夠影響到電網的網損，光伏電站未接入該配電網時，由潮流仿真的結果可知，電網的網損主要為支路1-2、2-3、3-4及4-5的線路損耗，不同方案下，這些支路的線路損耗如表3-3所示：表3-3部分支路損耗支路未接入光伏損耗（kVA）方案一損耗（kVA）方案二損耗（kVA）1-260.1+j30.646.8+j23.849.2+j25.12-320.7+j10.514.5+j7.415.6+j7.93-419.0+j9.313.0+j6.414.0+j6.94-538.5+j33.226.1+j22.528.2+j24.3從表3-3可以看出，光伏電站接入電網后，電網的損耗有所減少。這是因為光伏電站接入電網后，使得配電網的結構發(fā)生了變化，形成了弱環(huán)狀結構，減少了從源到負荷的傳輸路程，從而降低了網損。1.2光伏電站接入電網的諧波影響分析從前文的分析可以看出，光伏電站接入電網，能提高電網的電壓水平，并且可以減少電網的網損，有助于提高電能質量。但是，光伏電站接入電網時，由于使用了大量的逆變器等電力電子設備，諧波污染問題就成了光伏并網后產生的無法忽略的問題。光伏電站接入對電網的諧波影響與許多因素有關。光照強度、并網容量、并網位置等條件的不同均會改變光伏電站接入對電網的諧波污染程度。此外，在實際配電網中，處于輸電線不同位置的線路參數不一致，并且在每個位置都可能接入負荷，非線性負荷的諧波模型也比較復雜。本文利用ETAP諧波分析模塊對該配電網接入光伏電站后的諧波污染問題進行分析。1.2.1諧波背景在節(jié)點1、節(jié)點9、節(jié)點17、節(jié)點32所接的負荷中，分別設置背景諧波源，其中節(jié)點1所接負荷采用Scrap煉鋼爐電壓源諧波，節(jié)點9負荷的諧波源模型采用實測的10kV母線電壓源背景諧波，節(jié)點17所接負荷采用日光燈諧電流源波源模型，節(jié)點32所接負荷采用某品牌空調的電流源諧波模型。各自的諧波源頻譜分別如表3-4至3-7所示：表3-4節(jié)點1負荷諧波源模型諧波次數（h）234567891011諧波電壓含有率（%）5203101.561321表3-5節(jié)點9負荷諧波源模型諧波次數（h）2345678910111213諧波電壓含有率（%）0.090.080.130.440.030.640.050.160.040.050.160.04諧波次數（h）141516171819202122232425諧波電壓含有率（%）0.040.030.030.100.020.080.030.030.020.110.020.11表3-6日光燈諧波源源模型諧波次數h01357911131517Ih/I14.2910013.505.141.023.913.213.622.111.55θh0.007.67-166.68186.7755.90-3.315.35-158.75182.1629.90表3-7空調諧波源模型諧波次數h35791113諧波電流含有率（%）60.1026.114.63.36.20.81.2.2光伏電站接入不同位置對電網的諧波影響分析為了研究光伏電站接入不同位置對電網的諧波影響，在該配電網中接入光伏電站，接入光伏電站的容量與方案一相同，總的并網容量為627kW，光伏電站采用YG公司生產的0.05MVA的逆變器，通過該逆變器的出廠測試參數獲得其逆變器的諧波特性，各次諧波含有率如下表所示：表3-8逆變器諧波特性諧波次數（h）2345678910111213諧波電流含有率（%）0.470.440.160.540.340.920.190.240.100.320.260.38諧波次數（h）141516171819202122232425諧波電流含有率（%）0.260.310.490.400.180.200.100.470.120.450.120.37考慮光伏電站接入電網后，對電網諧波最嚴重的情況，應選擇將光伏電站接入含背景諧波的節(jié)點處，綜合考慮接入光伏電站的并網容量，分別將光伏電站接入節(jié)點5和節(jié)點9。為了計算公共連接的最小短路容量，在ETAP5中分別在節(jié)點5處和節(jié)點9處設置三相短路。當在節(jié)點5處發(fā)生三相短路時，仿真得到短路點的短路電流為0.771kA；計算得公共連接點的最小短路容量為13.35MVA，當在節(jié)點9處發(fā)生三相短路時，仿真得到短路電流為0.581KA，計算得到公共連接點的最小短路容量為10.06MVA。利用式2-1和表2-2中的數據，計算得到注入公共連接點的諧波電流允許值如下表所示：表3-9光伏電站接入不同點時注入公共連接點的諧波電流允許值諧波次數2345678910111213光伏接入節(jié)點53.452.651.732.651.131.990.850.90.681.230.571.05光伏接入節(jié)點90.190.280.380.470.570.660.760.850.951.041.141.23諧波次數141516171819202122232425光伏接入節(jié)點50.490.540.420.80.370.720.350.380.310.60.280.54光伏接入節(jié)點90.350.390.30.570.270.510.250.280.220.430.20.39在ETAP中進行諧波仿真分析。當光伏電站接入節(jié)點5時，光伏并網點的電壓諧波總畸變?yōu)?.52%。當光伏電站接入節(jié)點9時，光伏并網點的電壓諧波電壓總畸變率為0.57%。在不同的接入位置時，光伏并網點的電壓波形和電壓頻譜以及各次諧波電壓含有率如下圖所示：圖3-2節(jié)點5接入627kW光伏電站后光伏并網點電壓波形圖3-3節(jié)點5接入627kW光伏電站后光伏并網點電壓頻譜圖3-4節(jié)點9接入627kW光伏電站后光伏并網點電壓波形圖3-5節(jié)點9接入627kW光伏電站后光伏并網點電壓頻譜從圖3-3、圖3-5可以看出，光伏電站接入不同位置時，光伏電站并網點電壓諧波次數主要是5、7、11、13及17次的奇數次諧波。各次諧波的含有率有所區(qū)別，而當光伏電站接入節(jié)點9時，光伏接入點的諧波電壓總畸變率較高，這是由于節(jié)點9本身所接的負荷中設置了諧波源，兩種諧波的疊加使得該節(jié)點諧波電壓總畸變率較高。為了判斷光伏接入不同位置后，產生的諧波污染是否超出了國家標準，將光伏并網點的各次諧波電壓含有率和注入公共連接點的諧波電流與國家標準規(guī)定的限值進行比較：光伏電站接入節(jié)點5時：表3-10接入點各次諧波電壓含有率諧波次數（h）2345678910111213諧波電壓含有率（%）0.030.000.020.330.000.330.030.000.020.130.000.10是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格諧波次數（h）141516171819202122232425諧波電壓含有率（%）0.040.000.030.120.000.040.020.000.030.080.000.07是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格表3-11注入公共連接點的諧波電流值諧波次數2345678910111213光伏接入節(jié)5諧波電流值（A）0.10.000.60.00.50.00.00.00.20.00.1是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格諧波次數141516171819202122232425光伏接入點5諧波電流值（A）0.00.00.00.10.00.00.00.00.00.10.00.1是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格光伏電站接入節(jié)點9時：表3-12接入點各次諧波電壓含有率諧波次數（h）2345678910111213續(xù)表3-12諧波電壓含有率（%）0.040.000.030.320.000.350.040.000.020.120.000.19是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格諧波次數（h）141516171819202122232425諧波電壓含有率（%）0.060.000.050.200.000.060.030.000.040.140.000.12是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格表3-13注入公共連接點的諧波電流諧波次數（h）2345678910111213光伏接入節(jié)9諧波電流值（A）0.10.00.00.20.00.30.10.00.00.00.00.2是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格諧波次數141516171819202122232425光伏接入點9諧波電流值（A）0.10.00.00.20.00.10.00.00.00.10.00.1是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格由以上表中的數據可知，當并網容量為627kW的光伏電站接入節(jié)點9和節(jié)點15時，對電網造成的諧波污染均符合國標中的有關規(guī)定。仿真得到電網部分節(jié)點電壓諧波畸變率如下表所示：表3-14光伏接入不同節(jié)點時部分節(jié)點電壓諧波總畸變率節(jié)點PV接入節(jié)點5后THDu（%）PV接入節(jié)點9后THDu（%）140.60.66150.610.67160.650.71170.660.73續(xù)表3-10280.730.73290.830.82310.860.86320.910.91從上表所選節(jié)點中，選取電壓諧波總畸變率較高的節(jié)點32，分析光伏電站接入不同位置時，電網中諧波電壓的特點，該節(jié)點在光伏電站接入不同點時的諧波電壓含有率如下表所示：表3-15節(jié)點32在光伏電站接入不同點時的各次諧波電壓含有率諧波次數（h）2345678910111213光伏電站接入節(jié)點5時諧波電壓含有率（%）0.030.000.020.620.000.590.030.000.020.250.000.08光伏電站接入節(jié)點9時諧波電壓含有率（%）0.030.000.020.620.000.590.030.000.020.260.000.09諧波次數（h）141516171819202122232425光伏電站接入節(jié)點5時諧波電壓含有率（%）0.040.000.030.120.000.030.000.010.020.080.000.06光伏電站接入節(jié)點9時諧波電壓含有率（%）0.040.000.030.120.000.030.000.010.020.070.000.06從表3-15可以發(fā)現，光伏電站接入節(jié)點5和節(jié)點9對節(jié)點32中各次諧波電壓的含有率影響不大，原因是兩種情況下，節(jié)點32均距離光伏電站較遠，并且節(jié)點32所接的負荷本身設置了諧波源，該諧波源對節(jié)點32電壓產生的諧波污染較大。從表3-10中的數據可以看出，距離系統(tǒng)母線越遠的節(jié)點處，諧波電壓總畸變率越高，這是因為距離系統(tǒng)母線越遠的節(jié)點處短路容量越小，越容易受到諧波的影響。線路末端的諧波電壓總畸變率最高，因此可以用線路末端節(jié)點的諧波電壓總畸變率來判斷該配電網各節(jié)點電壓的諧波含量是否符合國家標準，10kV配電網電壓總畸變率國標限值為4%，由表中數據可知，光伏電站接入節(jié)點5和節(jié)點9后的各節(jié)點諧波電壓總畸變率均符合國家標準。在保持光伏并網容量不變的條件下，除節(jié)點29外，其余節(jié)點在單個光伏電站接入節(jié)點9后的諧波電壓總畸變率均大于或等于單個光伏電站接入節(jié)點5后的諧波電壓總畸變率。即光伏電站越靠近線路末端，電網的各節(jié)點諧波畸變率越高。而32節(jié)點及附近節(jié)點在光伏電站接入不同位置時，諧波電壓總畸變率幾乎保持不變的原因是在節(jié)點32所接的負荷中設置了某品牌空調的電流諧波源模型，對附近的節(jié)點的電壓諧波總畸變率產生了影響。從降低系統(tǒng)電壓諧波總畸變率的角度考慮，單個光伏接入電網時，應選擇靠近系統(tǒng)母線或者饋線中間段作為光伏接入點，而避免將光伏接入線路末端的節(jié)點處。通過以上分析可知，選擇將節(jié)點5作為光伏電站接入點，能夠滿足國家標準GB/T14549—93《電能質量公用電網諧波》中對公用電網諧波的相關標準，也能夠改善配電網的供電質量。1.2.3不同容量的光伏電站接入對電網的諧波影響分析為了研究不同并網容量下，光伏電站接入對電網的諧波影響，在節(jié)點5處接入2個容量與方案一中光伏電站相同的光伏電站，即將光伏電站的并網容量擴大一倍，在ETAP中進行仿真，此時光伏并網點的電壓諧波總畸變率變?yōu)?.67%，較光伏電站并網容量擴大前有所上升。光伏容量擴大一倍前后光伏并網點各次電壓諧波含有率進行對比：圖3-6光伏并網容量擴大前后光伏并網點各次電壓諧波含有率對比由圖3-6可知，擴大節(jié)點5處的光伏電站并網容量后，光伏并網點各次電壓諧波含有率均有所上升，但主要仍以5、7、13、17次諧波為主。仿真得到電網部分節(jié)點電壓諧波總畸變率如下表所示：表3-16節(jié)點5接入1254kW光伏電站后部分電壓諧波總畸變率節(jié)點THDu（%）140.71150.72160.76170.78280.82290.84310.93321.02比較表3-14和表3-16中的數據，可知當光伏接入容量越大，出力越多時，各節(jié)點電壓諧波總畸變率也就越高，即隨著滲透率的增加，電壓諧波總諧波畸變率升高。光伏并網容量超過一定范圍時，部分節(jié)點電壓諧波總畸變率甚至可能會超過國家相關標準，因此須根據