CN103545818A - 电力系统主动配电网间歇式能源投入或切除点的确定方法 - Google Patents

Abstract

一种电力系统主动配电网间歇式能源投入或切除点的确定方法：S1提出间歇式能源并入主动配电网后，公共连接点处谐波电流和谐波电压的计算方法；S2提出间歇式能源从主动配电网切除后，公共连接点处谐波电流和谐波电压的计算方法；S3间歇式能源投入或切除点的确定。本方法：1、对比直接的算术加减和国标GB/T14549-93给出的相位叠加系数，更接近间歇式能源谐波电流数理统计的工程实际；2、揭示了间歇式能源接入主动配电网后或从主动配电网切出后电能质量的变化情况，方便主动配电网根据预测结果更好地实现系统管理；3、本方法原理简单，实现容易，具有一定的工程使用价值。

Description

电力系统主动配电网间歇式能源投入或切除点的确定方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统主动配电网间歇式能源投入或切除点的确定方法。

背景技术

近年来，随着一次能源形势的日益严峻，电力需求的持续增长，世界各国正在积极开发利用可代替的新能源。以风能发电和光伏发电为主的间歇式能源接入配电网的问题也越来越受到重视，已成为国内外的研究热点。由于传统的配电系统在未进行扩大规模投资的状态下会很快达到极限，不能再接入新的间歇式发电和可再生能源。针对这一现状，主动配电网技术应运而生。主动配电网是指具有灵活结构、可以主动控制和主动管理分布式能源的配电网络，是未来智能配电网的一种发展模式，近年来国际大电网会议（CIGRE）配电与分布式发电组（C6）对主动配电网的规划和优化方法作了大量研究。

由于主动配电网具有有功和无功的调节功能，间歇式能源接入主动配电网后的出力的变化也会引起电能质量的变化。间歇式能源接入主动配电网后引起的谐波变化会带来电能质量干扰，与系统背景谐波干扰作用叠加产生有害影响。且间歇式能源在主动配电网电能质量情况比较差的时候接入，有可能加重谐波影响。经大量仿真证明，间歇式能源在主动配电网三相不平衡度比较大时接入，其产生的5次谐波电流是主动配电网无三相不平衡度时接入的两倍，其产生的谐波电流总谐波畸变率是主动配电网无三相不平衡度时接入的1.5倍。因此，对间歇式能源接入主动配电网后的谐波作出评估是重要的。

然而间歇式能源接入或切除主动配电网后的电能质量预测是一个至今没能得到有效解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种电力系统主动配电网间歇式能源投入或切除点的确定方法，通过快速地预测出间歇式能源投入或切除主动配电网后引起的谐波变化，对间歇式能源并网或脱网后主动配电网的谐波进行预测，以便主动配电网更好地有效管理间歇式能源接入或切出主动配电网。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种电力系统主动配电网间歇式能源投入或切除点的确定方法，其特征是：包括以下步骤：

S1提出间歇式能源并入主动配电网后，公共连接点处谐波电流和谐波电压的计算方法，间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电流计算公式为：

$I_t=\sqrt{I_1^2+I_2^2};$

I₁表示间歇式能源并网前公共连接点处的谐波电流，I₂表示间歇式能源自身产生的谐波电流，It表示间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电流；

由于系统短路容量不变，间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电压可按照以下公式计算得出：

$U_t=\frac{U_1*\sqrt{I_1^2+I_2^2}}{I_1};$

U₁表示间歇式能源并网前公共连接点处的谐波电压，U_t表示间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电压；

S2提出间歇式能源从主动配电网切除后，公共连接点处谐波电流和谐波电压的计算方法，间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电流计算公式为：

$I_1=\sqrt{I_t^2-I_2^2};$

I_t表示间歇式能源脱网前公共连接点处的谐波电流，I₂表示间歇式能源自身产生的谐波电流，I₁表示间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电流；

间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电压计算公式为：

$U_1=\frac{U_t*\sqrt{I_t^2-I_2^2}}{I_t};$

U_t表示间歇式能源脱网前公共连接点处的谐波电压，U₁表示间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电压；

S3间歇式能源投入或切除点的确定：预测间歇性能源并入主动配电网后公共连接点处的谐波，按照公用电网谐波电压限值的规定，选择出既满足规定要求，又使得接入后公共连接点处谐波污染最轻的并网点。

通过此种方式选择的并网点，可更好地解决间歇性能源并入主动配电网产生的电能质量问题。

间歇性能源接入主动配电网后谐波水平预测流程图如图1所示，预测出间歇性能源从某连接点处脱网后公共连接点处的谐波水平，可预测光伏从此处脱网后该处谐波水平是否能达标，可作为判断进行此开关切换操作是否合理的依据。间歇性能源切除主动配电网后谐波水平预测流程图如图2所示。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

（1）本方法基于随机求和原理考虑间歇式能源投入或切除主动配电网后引起的谐波变化，提出了适用于间歇性能源并入主动配电网或从主动配电网切出后谐波电流、谐波电压的计算公式；对比直接的算术加减和国标GB/T14549-93给出的相位叠加系数，更接近间歇式能源谐波电流数理统计的工程实际；

（2）提供了间歇性能源并入或切除主动配电网后谐波电流、谐波电压水平的预测方法，揭示了间歇式能源接入主动配电网后或从主动配电网切出后电能质量的变化情况，方便主动配电网根据预测结果更好地实现系统管理；

（3）本方法原理简单，实现容易，具有一定的工程使用价值。

有助于理解本技术的资料：

尤毅，刘东，于文鹏，陈飞，潘飞.主动配电网技术及其进展[J]。主动配电网技术及其进展，，2012,36（18）:10-16

J.M.CRUCQ，A.ROBERT，LABORELEC,B．Statistical approach for harmonicsmeasurements and calculations[C].10^th International Conference on Electricit_yDistribution,1989,91-96.

附图说明

图1是间歇性能源接入主动配电网后谐波水平预测流程图；

图2是间歇性能源切除主动配电网后谐波水平预测流程图；

图3是某配网1号电房接线图示意图；

图4是光伏接入主动配电网前后谐波电流变化情况示意图；

图5是光伏接入主动配电网前后谐波电压含有率变化情况示意图；

图6是光伏切除主动配电网前后谐波电流变化情况示意图；

图7是光伏切除主动配电网前后谐波电压含有率变化情况示意图。

具体实施方式

计算公式的推导：

含逆变装置的间歇式能源可看作一谐波源，公共连接点处的非线性负荷也是谐波源。考虑运行中的变化，公共连接点处的谐波电流实际上是所有谐波源的随机叠加的结果。h次谐波合成电流可用下式表示：

I_h是所有谐波源发生的第h次谐波电流的合成值；I_hi是指要进行合成的各单个第h次谐波电流的值；指数α的取值主要取决于两个因素：

1）对不超过计算值的实际值所选择的概率值；

2）各次谐波电流幅值和相位随机变化的程度；

对幅值相同的谐波源叠加，考虑不超过95%的概率值，参数k和指数α的取值有表1的规律。

表1参数表：

在实际中，当间歇性能源并入主动配电网时，考虑参数的分散性，根据多次实验结果可知，间歇式能源并网后的谐波电流相位在0-2π范围内变化，且由于谐波源幅值在0-1范围内变化，间歇性能源并网后谐波电流合成公式中的参数k可确定为1，指数α可确定为2。

综上，参考图1和图2，本发明的电力系统主动配电网间歇式能源投入或切除点的确定方法实施例，包括以下步骤：

S1提出间歇式能源并入主动配电网后，公共连接点处谐波电流和谐波电压的计算方法

含逆变装置的间歇式能源可看作一谐波源，公共连接点处的非线性负荷也是谐波源，考虑运行中的变化，公共连接点处的谐波电流实际上是所有谐波源的随机叠加的结果；

由于间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电流主要是由并网前公共连接点处的谐波电流和间歇式能源产生的谐波电流合成，可得到间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电流计算公式为：

$I_t=\sqrt{I_1^2+I_2^2};$

I₁表示间歇式能源并网前公共连接点处的谐波电流，I₂表示间歇式能源自身产生的谐波电流，It表示间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电流；

由于系统短路容量不变，间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电压可按照以下公式计算得出：

$U_t=\frac{U_1*\sqrt{I_1^2+I_2^2}}{I_1};$

U₁表示间歇式能源并网前公共连接点处的谐波电压，U_t表示间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电压；

S2提出间歇式能源从主动配电网切除后，公共连接点处谐波电流和谐波电压的计算方法

间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电流计算公式为：

$I_1=\sqrt{I_t^2-I_2^2};$

I_t表示间歇式能源脱网前公共连接点处的谐波电流，I₂表示间歇式能源自身产生的谐波电流，I₁表示间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电流；

间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电压计算公式为：

$U_1=\frac{U_t*\sqrt{I_t^2-I_2^2}}{I_t};$

U_t表示间歇式能源脱网前公共连接点处的谐波电压，U₁表示间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电压；

S3间歇式能源投入或切除点的确定：

预测间歇性能源并入主动配电网后公共连接点处的谐波，按照公用电网谐波电压限值的规定，选择出既满足规定要求，又使得接入后公共连接点处谐波污染最轻的并网点。

实例分析

以图3所示某配电网1号电房接入间歇性能源光伏为例，说明本方法如何应用。图3中由协调控制器决定光伏出力分配以及并网点，以实现光伏出力消纳和主动配电网最优潮流分布。

光伏接入主动配电网

光伏在夜间采用集中并网的方式从图3中4B低压侧接入并网，到了白天负荷比较大时，为了实现出力就地消纳，需将其从1B、2B和3B低压侧上网。因此，需对光伏从1B、2B和3B低压侧接入后接入点处的谐波电流和谐波电压进行预测，以确认光伏是否适合从1B、2B和3B低压侧上网，以5次谐波为例。

光伏并网前1B、2B和3B低压侧的5次谐波电流和5次谐波电压已知，如表2所示。光伏并网时产生的5次谐波电流按其额定电流的3.5%选取，为26A，光伏额定容量为300KVA。结合光伏接入前该公共连接点处的谐波电压和谐波电流，可根据前面介绍的光伏接入主动配电网后的计算公式，计算出光伏接入系统后公共连接点处的5次谐波电流和5次谐波电压。预测结果如表3所示。光伏接入主动配电网后，谐波电流和谐波电压的变化如图4、图5所示。

表2.光伏并网前连接点处的谐波水平

表3.光伏并网后连接点处的谐波水平

评估结果：光伏并网后系统5次谐波电流和5次谐波电压会增大。光伏从2B低压侧接入后，2B低压侧母线处的5次谐波电压含有率为4.04%，超过了公用电网谐波电压限值规定的380v电压等级5次谐波电压含有率应为4%以下。由此可看出光伏若从2B低压侧接入电网，会引起该连接点处的谐波电压超过公用电网谐波电压限值。由于4B低压侧没有接其他负荷，光伏产生的5次谐波电流仅为26A,4B低压侧接入光伏后谐波指标不会超过其限值。因此需将拟从2B低压侧接入的光伏从4B低压侧接入系统。

5.2.2光伏切除主动配电网

将光伏从图1中1B、2B和3B低压侧投入，运行一段时间后发现2B低压测的5次谐波电压含有率持续超过了《电能质量公用电网谐波》规定的电压限值，此时2B低压侧母线处的实测数据如表4所示。为维持系统的正常运行，协调控制器将对2B低压侧处的光伏并网点进行开关切换，将光伏从2B低压侧切除，从4B低压侧投入。可根据本文方法对光伏从2B低压侧切除后的谐波进行预测，以确保光伏从此处切除后的谐波水平符合规定要求。预测结果如表5所示，光伏从主动配电网切出后，谐波电流和谐波电压的变化如图3所示。

表4.光伏切除前2B低压侧的谐波实测数据：

表5.光伏切除后2B低压侧的谐波预测数据：

评估结果：从表4、表5中可看出，光伏从2B低压侧切除后，2B低压侧的5次谐波电压含有率符合公用电网谐波电压限值规定。由于4B低压侧无其他负荷接入，接入光伏后各谐波指标显然不会超过公用电网谐波电压限值的规定。因此可得出结论，此时将2B低压侧的光伏切除，将其从4B低压侧并网是可行的。

Claims (1)

1.一种电力系统主动配电网间歇式能源投入或切除点的确定方法，其特征是：包括以下步骤：

S1提出间歇式能源并入主动配电网后，公共连接点处谐波电流和谐波电压的计算方法，间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电流计算公式为：

$I_t=\sqrt{I_1^2+I_2^2};$

I₁表示间歇式能源并网前公共连接点处的谐波电流，I₂表示间歇式能源自身产生的谐波电流，It表示间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电流；

由于系统短路容量不变，间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电压可按照以下公式计算得出：

$U_t=\frac{U_1*\sqrt{I_1^2+I_2^2}}{I_1};$

U₁表示间歇式能源并网前公共连接点处的谐波电压，U_t表示间歇式能源并网后公共连接点处的谐波电压；

S2提出间歇式能源从主动配电网切除后，公共连接点处谐波电流和谐波电压的计算方法，间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电流计算公式为：

$I_1=\sqrt{I_t^2-I_2^2};$

I_t表示间歇式能源脱网前公共连接点处的谐波电流，I₂表示间歇式能源自身产生的谐波电流，I₁表示间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电流；

间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电压计算公式为：

$U_1=\frac{U_t*\sqrt{I_t^2-I_2^2}}{I_t};$

U_t表示间歇式能源脱网前公共连接点处的谐波电压，U₁表示间歇式能源脱网后公共连接点处的谐波电压；

S3间歇式能源投入或切除点的确定：预测间歇性能源并入主动配电网后公共连接点处的谐波，按照公用电网谐波电压限值的规定，选择出既满足规定要求，又使得接入后公共连接点处谐波污染最轻的并网点。

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