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2019年中国电机工程学会年会论文集光伏接入配电网对主网低压减载的影响蔡丽霞，高松，刘畅国网吉林省电力有限公司电力科学研究院，吉林长春130021ImpactofPVAccesstoDistributionNetworkonMainNetworkLowVoltageLoadSheddingCAILixia,GAOSong,LIUChangSteteGridJilinElectricPowerCo.,Ltd.ElectricPowerResearchInstitute,Changchun,Jilin130021摘要：当交流电网受扰电压降低时，光伏发电单元输出电流增大，导致无功损耗呈平方增大。高渗透率光伏接入配电网后严重影响了主网低压减载后电压恢复效果，使得传统的以50%电动机、50%恒阻抗负荷模型为基础的离线仿真存在低压减载策略失效风险。针对此问题，首先分析了光伏恶化系统暂态电压稳定的机理。然后，根据实际仿真算例，计算对比了光伏单点接入、多点接入、光伏并网线长度变化、光伏发电与否几种不同工况下系统电压恢复情况，从而验证了光伏接入配网对主网低压减载后电压恢复的不利影响，提出了对配网光伏渗透率较高的区域，在进行低压减载离线仿真时需在负荷侧考虑配网光伏的影响。关键词：低压减载；光伏；暂态电压稳定、仿真计算ABSTRACT:WhentheACgridvoltageisreducedduetodisturbance,theoutputcurrentofPhotovoltaicunitincreases,leadingtosquaredincreaseofreactivepowerloss.High-permeabilityphotovoltaicaccesstothedistributionnetworkhasseriouslyaffectedthevoltagerecoveryeffectofthemainnetworkafterlowvoltageloadshedding,therefore,thetraditionalofflinesimulationbasedon50%motorand50%constantimpedanceloadmodelhastheriskofpolicyfailure.Inresponsetothisproblem,themechanismoftransientvoltagestabilizationinphotovoltaicdegradationsystemsisfirstanalyzed.Then,accordingtotheactualsimulationexample,calculateandcomparethesystemvoltagerecoveryunderseveraldifferentworkingconditions,suchasPVsingle-pointaccess,multi-pointaccess,PVgrid-connectedlinelengthchange,andphotovoltaicpowergenerationornot,thisprovestheadverseeffectofphotovoltaicaccessdistributionnetworkonthelowvoltageloadsheddingofthemainnetwork.Intheofflinesimulationoflow-voltageloadshedding,itisproposedtoconsidertheinfluenceofdistributionnetworkphotovoltaicontheloadsideduringlow-voltageloadsheddingofflinesimulationwithhigh-permeabilityphotovoltaicaccesstothedistributionnetwork.KEYWORD:lowvoltageloadshedding；photovoltaic；transientvoltagestability；simulationcalculation0引言风险，目前采取的主要控制措施是低压减载。现有低压减载策略表的制定一般基于几种典型运不同于常规电源大容量集中接入，受能量密行方式，对能造成电压失稳的故障进行离线仿真度和资源分布等因素制约，光伏电站通常由众多分析，根据仿真结果制定低压减载方案。的小容量发电单元汇集组成，并经逐级升压的长220kV及以上电网离线仿真计算，通常采取距离线路接入主网。同时随着主网层面新能源接的方式是将220/66变压器等效成一个负荷接在入审批难度增加，大量投资商把目光投向配电220kV母线上，负荷采用的模型是50%电动机网，以吉林省为例，目前仅有约不到2%的光伏50%恒阻抗模型，66kV及以下的光伏出力直接接入220kV及以上电网。与负荷平衡。事实上，由于光伏电站本身无功调对于220kV及以上缺乏电源支撑的系统，若节能力有限，光伏电站逆变环节会损耗一部分无与大电网的联络线较少，且一回联络线故障跳闸功功率，且无功功率大小与送出有功功率基本成后，存在大量有功功率和无功功率转移，特别是正比例关系[1]。一旦故障导致光伏电站母线电压无功功率传递增加，使得联络断面存在电压失稳大幅跌落，要保持稳定的有功输出，光伏电站接
12019年中国电机工程学会年会论文集入系统的升压变会进一步从系统吸收一定的无功，对故障后高压电网的电压的恢复产生不利影响，随着光伏接入规模和比例的增加，这种不利影响也相应加剧[2]。但对于大规模光伏接入的局部电网来说，若进行低压减载离线仿真计算时只简单的将其与负荷平衡等效，忽略了光伏对系统电压性的影图2光伏电站等值模型响，有可能出现制定的低压减载方案不当，表现Fig2EquivalentmodelofPVpowerstation为两种情况：一是整定值比需要切负荷值小，低P22Q=X⋅()−B⋅U(1)压减载后系统仍存在电压崩溃风险；二是整定值U比实际需要切除量大，会导致局部母线过电压式中：Q为站内升压变的绕组损耗及线路损耗；[3]。X、B分别为站内升压变绕组电抗及线路等值电本文通过实际算例，证明了光伏接入配电网纳。光伏并网系统的暂态无功电压特性，由光伏对低压减载方案的影响，提出了对光伏渗透率较发电单元以及汇集线路功率特性共同决定，当交高的区域，在进行低压减载方案制定时需在负荷流电网受扰电压降低时，逆变器控制系统快速响侧加入光伏并网模型。应，通过内外环控制增加Ipv，使光伏汇集站送出线路有功功率波动尽可能小；由于光伏发电单1光伏并网系统暂态无功电压特性元输出电流增大，进而使汇集线路电流大幅增光伏发电系统其整体结构如图1所示。主要加，由此导致无功损耗呈平方增大，且光伏汇集包括光伏阵列和逆变器两部分，并网逆变器是通站出线阻抗(电气距离)越大，从汇集站看进去的过控制输出电流的幅值、频率和相位三要素参交流系统吸收无功功率也越大。量，跟踪并网点电压来实现并网和功率输出[4]。2算例分析松原地区北部电网6座220千伏变电站仅通过500千伏松原变与主网相连，区域内无220kV主力火电厂，仅有两座风电场。若松原变两台主变一台检修一台故障，存在220千伏乾富甲线过载及松原北部地区电压失稳问题。需依靠220千伏变电站低压减载装置保持电网稳定。图1光伏发电系统典型框图三井子风场大岗子风场Fig1TypicalblockdiagramofPVsystem荣家扶余将箱变及馈电线路等值为单台升压变，站内各升长山广发压变励磁绕组等值为单台升压变励磁绕组，站内前郭升压变绕组损耗及线路损耗等值为单台升压变王子风场绕兴原双龙风场松原海坨风场组损耗，建立光伏发电站等值模型如图2所示,腾字风场长山厂500kV600MW图中电流源模型容量Ipv_∑为光伏发电站内逆变海青风水山风场乾安长岭富强器输出电流之和。光伏电站至并网点所有无功损水字风场才字风场北正风场耗模型见公式（1）[5]。龙凤图3松原地区电网接线示意图Fig3GridwiringdiagramofSongyuan
22019年中国电机工程学会年会论文集经过仿真计算，松原500kV变电站发生主变长山变电压恢复到0.91p.u.，而不考率光伏时，一台检修、一台跳闸故障时，松原电网各220kV长山变电压恢复到0.95p.u.，从而说明受光伏电变电站的电压下降幅度较大，严重影响了供电可站送出线、升压变压器、汇集线无功损耗的影响，靠性，最严重情况为风电停发、大负荷方式，跳同样低压减载方案对有配网光伏的情况效果差。闸前，各变电站电压在1.036-1.061p.u.之间；跳2.2光伏接入线长度对主网低压减载的影响闸后，广发变暂态电压最低，为0.2594p.u.。1.000在不考率松原地区配电网光伏接入的情况0.800下，分别考虑风电大发和风电不发两种情况，针长度20km(编辑方式)长度40km(编辑方式)对夏季大负荷、80%夏季大负荷、60%夏季大负0.600荷、50%夏季大负荷、40%夏季大负荷五种工况，0.400长山变电压（p.u.)并且还能保证任意变电站低压减载装置退出运0.200行时松原地区电压稳定性，低压减载方案如下表0.0001所示：0.005.0010.0015.0020.0025.0030.00时间(秒)表1松原北部地区低压减载定值图5光伏并网线路长度不同低压减载后电压曲线Tab1lowvoltageloadsheddinginnorthernSongyuanFig5Voltagecurveafterlowvoltageloadshedding动作轮次一二三withdifferentlengthofthePVconnectionline动作电压88%85%82%动作时间0.2S0.2S0.2S从上图5可以看出，当光伏并网线路由20km减广发变24%12%12%增加到40km后，在同样的低压减载方案下，长负荣家变50%25%25%长山变电压由0.91p.u.，降低至0.89p.u.，说明并荷前郭变12%6%6%比扶余变31%15%15%网光伏线路越长，无功损耗越大，低压减载后系例兴原变50%24%24%统电压恢复越差，若低压已有的低压减载方案不长山变35%18%18%能满足电压稳定性要求，需要针对配网光伏接入这种低压减载方案对主网各种可能工况进多、路径长的变电站进行详细建模仿真。行了分仿真，却对配电网光伏确忽略不计。2.3光伏接入后发电与否对低压减载的影响2.1光伏接入与否对主网低压减载的影响在2.1算例基础上，考虑光伏满出力和光伏为验证配网光伏对地区暂态电压稳定性的零出力两种情况，低压减载后，长山变电压曲线影响，采用PSASP软件，在长山变66kV侧搭建如图6所示。100MW光伏发电模块，通过升压变及两回66kV1.200线路接光伏，采用暂态仿真计算，利用低压切负1.000荷扰动模拟低压减载策略进行仿真计算。0.8001.200有光伏，满出力(编辑方式)有光伏，零出力(编辑方式)1.0000.600无光伏(编辑方式)0.800长山变电压（p.u.)0.4000.600考虑光伏0.200无光伏长山变电压（p.u.)0.4000.0000.005.0010.0015.0020.0025.0030.00时间(秒)0.2000.000图6光伏发电与否，低压减载后电压曲线0.005.0010.0015.0020.0025.0030.00时间(秒)Fig6Voltagecurveafterlowvoltageloadshedding图4有无光伏两种方式低压减载后电压曲线withdifferentoutputofthePVconnectionlineFig4Voltagecurveafterlowvoltageloadshedding从图6可以看出，同样的减载方案，长山变withorwithoutphotovoltaic电压在没有光伏、有光伏满出力和有光伏零出力低压减载后，两种工况下长山变电压曲线如三种方式下电压分别恢复至0.95p.u.、0.91p.u.和图4所示，在同样的低压减载方案下，有光伏时
32019年中国电机工程学会年会论文集0.87p.u.，可见考虑配网并网光伏后低压减载系线路电流大幅增加，由此导致无功损耗呈平方增统电压恢复能力降低，若配网并网光伏零出力，大，且光伏汇集站出线阻抗(电气距离)越大，从电压恢复能力将更差。汇集站看进去的交流系统吸收无功功率也越大。2.4光伏接入规模对主网低压减载的影响2）仿真计算表明：光伏接入配电网后，同在扶余变、荣家变、前郭变、兴原变、长山样的低压减载方案下，系统电压恢复性变差，且变各接入100MW光伏，和仅在长山变接入光伏并网线路越多，阻抗越大，系统电压恢复性100MW光伏，比较两种工况下长山变电压恢复越差，严重情况下电压甚至不能恢复到正常值。情况如图7所示。3）建议有低压减载问题的主网，在离线仿真计算时应统计地区配电网光伏的接入情况，必1.000要时采取考虑配网光伏的详细仿真模型。0.800参考文献0.600[1]韩柳,庄博,吴耀武,等.风光水火联合运行电网的电源出力特0.400性及相关性研究[J].电力系统保护与控制，2016,44(19):91-98.长山变电压（p.u.）0.200[2]郑超,林俊杰,赵健,等.规模化光伏并网系统暂态功率特性及仅长山变有光伏(编辑方式)五个变电站都有光伏(编辑方式)电压控制[J].中国电机工程学报,2015,35(5)：1059-1071.0.000[3]王光增，吴哲慧，黄建,等.低压减载在有源配电网电压稳定0.005.0010.0015.0020.0025.0030.00时间(秒)性中的应用研究[J].电气应用，2017,36（14）：36-41.[4]邬明亮,戴朝华,邓惠文,等.基于单体光伏/单体储能电池模组图7光伏接入规模不同，低压减载后电压曲线的新型光伏储能发电系统[J].电力系统保护与控Fig7Voltagecurveafterlowvoltageloadshedding制,2017,45(3):56-61.withdifferentdifferentPVscales[5]张红丽，刘福锁，李威，等.高渗透率光伏接入电网暂态电压失配风险及切负荷方法[J].电力系统保护与控从上图7所示，多个光伏接入后，同样的低制,2018,46(17):158-163.压减载方案，长山变电压已经不能恢复到正常作者简介：值。蔡丽霞（1983-），女，山东人，硕士研究生，高级工程师，研究方3结论向为电力系统运行与控制1）当交流电网受扰电压降低时，光伏汇集
