金 楚， 黎嘉明， 徐沈智， 文勁宇

(強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室(華中科技大學電氣與電子工程學院)，湖北 武漢 430074)

·專論與綜述·

大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)概率潮流計算及對電網(wǎng)的影響

金 楚， 黎嘉明， 徐沈智， 文勁宇

(強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室(華中科技大學電氣與電子工程學院)，湖北 武漢 430074)

隨著并網(wǎng)光伏發(fā)電容量的規(guī)模越來越大，光伏發(fā)電固有的波動性和不可控性導致其大規(guī)模并網(wǎng)時會使潮流分布發(fā)生變化甚至潮流反向，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成影響。建立了光伏發(fā)電系統(tǒng)的潮流計算模型，以IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)和西北某省級電網(wǎng)系統(tǒng)為研究算例，對含光伏的電力系統(tǒng)進行概率潮流計算，全面分析了不同光伏接入容量、不同光伏接入點及不同光伏出力相關(guān)性的情況下大規(guī)模光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)潮流的影響。結(jié)果表明光伏接入容量越大，電壓及支路潮流的波動和越限概率也越大，光伏接入點將影響系統(tǒng)網(wǎng)損及光伏極限接入容量，并發(fā)現(xiàn)光伏接入對系統(tǒng)潮流的影響具有方向性，且光伏電站出力相關(guān)性不可忽略。所得結(jié)論可為電力系統(tǒng)新能源規(guī)劃與運行提供決策參考。

光伏并網(wǎng)；概率潮流；相關(guān)性

近年來，光伏發(fā)電發(fā)展迅猛，光伏裝機容量在電網(wǎng)中所占的比例越來越大。預計到2020年底中國光伏發(fā)電總裝機容量將達到150 GW[1]。與風電類似，光伏發(fā)電固有的波動性和不可控性導致其大規(guī)模并網(wǎng)時會使系統(tǒng)潮流分布發(fā)生改變甚至潮流反向，同時帶來電壓波動或者電壓越限等問題，這將對電網(wǎng)的安全可靠運行造成影響。目前，關(guān)于風電并網(wǎng)對電力系統(tǒng)影響的研究已較為成熟，但是有關(guān)光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)影響的研究仍比較欠缺。已有的文獻大多是關(guān)于分布式光伏接入對配電網(wǎng)的影響[2-6]，而針對大規(guī)模集中式光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)的影響，目前研究并不多。隨著各國百兆瓦級甚至千兆瓦級光伏電站的建設，光伏發(fā)電集中式并網(wǎng)成為研究的熱點問題和發(fā)展的主要方向[7]。因此，研究大規(guī)模光伏集中式并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的影響非常必要。

光伏并網(wǎng)主要對電網(wǎng)潮流分布、電能質(zhì)量、動態(tài)特性等方面產(chǎn)生影響。文獻[2-4]運用確定性潮流方法(determined load flow, DLF)研究了分布式電源并網(wǎng)相關(guān)潮流問題，提出分布式電源接入的處理方法。但是，光伏發(fā)電的出力由實時光照強度決定，存在明顯的隨機性，運用確定性潮流計算方法不能全面地反映和評價其影響因素及程度，而采用概率潮流計算(probabilistic load flow, PLF)可以反映電力系統(tǒng)中各種不確定性因素對系統(tǒng)運行的影響。

概率潮流計算方法包括蒙特卡洛模擬法[8-10]、半不變量與Gram-Charlier級數(shù)展開[6,11]及點估計法[12-13]等。其中，文獻[9]提出含光伏的系統(tǒng)電壓評價指標，但僅考慮了單光伏電站的影響；文獻[10]在滿足電壓約束的條件下計算了輻射狀配電網(wǎng)能接納的分布式光伏容量，其中光伏均位于電網(wǎng)末端；文獻[11]研究了分布式光伏對配電網(wǎng)的影響，得出光伏并網(wǎng)有利于提高電壓質(zhì)量的結(jié)論，而這對于集中式光伏并網(wǎng)并不一定成立；文獻[12]分析了光伏并網(wǎng)后電壓概率密度分布(probabilistic density function, PDF)，但忽略了隨機變量間的相關(guān)性。在考慮了相關(guān)性的文獻中，文獻[14]計及了風速區(qū)間和光照強度區(qū)間的相互約束，文獻[15]研究了光伏機組開停機時間的聯(lián)合概率分布，文獻[16]考慮了節(jié)點、支路間的相關(guān)性，研究了電壓分布的特點，但以上都未考慮光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)支路功率的影響。

本文建立了光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)模型，從光伏接入容量，光伏接入點等角度，考慮光伏電站出力相關(guān)性，基于IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)及西北某省級電網(wǎng)2個算例，定量研究了大規(guī)模集中式光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)節(jié)點電壓及支路潮流的影響。

1 光伏發(fā)電系統(tǒng)潮流計算建模

1.1 光伏發(fā)電系統(tǒng)潮流計算模型的構(gòu)成

光伏發(fā)電單元主要包括光伏電池陣列、控制模塊、逆變器等幾個部分。在潮流影響分析中，光伏發(fā)電單元的建模不需要考慮其控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)過程的動態(tài)特性，只需關(guān)心其穩(wěn)態(tài)輸出結(jié)果，即在給定的光照、環(huán)境溫度輸入序列的情況下根據(jù)光伏電池特性以及變流器配置給出相應的電功率輸出序列，其穩(wěn)態(tài)模型主要有以下3個特點：

(1) 逆變器在光伏穩(wěn)態(tài)模型中表現(xiàn)為交直流側(cè)的功率平衡方程；

(2) 由于最大功率點跟蹤(maximum power point tracking，MPPT)控制[17]的實施，穩(wěn)態(tài)模型的有功輸出近似等于當前光照強度、電池溫度下的最大光伏功率(考慮限功率控制除外)；

(3) 各閉環(huán)控制調(diào)節(jié)過程在穩(wěn)態(tài)建模中不予考慮。

因此光伏發(fā)電的穩(wěn)態(tài)模型包括如圖1所示虛線框中的兩部分內(nèi)容，其中光伏發(fā)電系統(tǒng)實際注入電網(wǎng)的有功功率始終保持在最大功率點，由其MPPT控制所保證，用于潮流計算的光伏發(fā)電系統(tǒng)模型如式(1)所示。本文潮流計算中光伏并網(wǎng)節(jié)點作為PQ節(jié)點處理，光伏電站的無功輸出設置為0。

(1)

圖1 光伏電站穩(wěn)態(tài)模型功能示意圖

1.2 基于MPPT控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)潮流計算模型

實際中單一光伏電池的輸出電壓較低、輸出功率較小，為匹配大容量變流器的輸入電壓要求，一般需要將大量的光伏電池串聯(lián)構(gòu)成光伏模塊以提高其輸出電壓，再將大量光伏模塊并聯(lián)構(gòu)成光伏電池陣列以增加逆變器的容量利用率，如圖2所示。出于統(tǒng)一MPPT控制和緩解熱斑效應的需要，工程上組成同一光伏陣列的光伏電池在特性上要求盡可能地相似，因此在建模中可以忽略其差別，根據(jù)串聯(lián)數(shù)量NS、并聯(lián)數(shù)量NP可由式(2)建立起光伏陣列與光伏電池輸出量之間的關(guān)系，式中ICELL和VCELL分別為光伏電池的輸出電流和電壓，I和V分布為光伏陣列的輸出電流和電壓。

(2)

基于上述結(jié)構(gòu)，本文采用的光伏電池的穩(wěn)態(tài)建模等效電路如圖3所示，其特性函數(shù)為單指數(shù)等效模型[18,19]如式(3)。

圖2 光伏電池陣列結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 光伏電池的單指數(shù)等效模型

圖中：IPH為半導體PN結(jié)的光生電流；ID為PN結(jié)正向?qū)娏?；RL及RS分別表征PN結(jié)兩側(cè)電極間的漏電阻及接觸電阻；IL為極間漏電流。

(3)

式中:I0為二極管反向飽和電流;q為元電荷電量;k為玻爾茲曼常數(shù);A為二極管常數(shù);T為環(huán)境溫度。

工程應用中式(3)的部分物理量不易獲得，更常見的參數(shù)是廠家提供的在額定光強GSTC和溫度TSTC條件下短路電流ISC0、開路電壓VOC0、最大功率電壓Vm0和最大功率電流Im0等4個特征量(標準條件定義溫度為25 ℃，光強為1000 W/m2)，偏離額定工況的任意光強G和溫度T條件下，這些特征量的變化可按式(4)進行推算，其中a,b,c為補償系數(shù)，e為自然對數(shù)的底數(shù)。本文建模時近似認為IPH=ISC、Rs≈0、RL≈∞，從而光伏電池外特性簡化為式(5)，其參數(shù)m，n與各特征量間的關(guān)系如式(6)所示。

(4)

(5)

(6)

將式(2)代入式(5)，得到光伏陣列的I-V關(guān)系，進而可以求得光伏陣列的P-V特性如式(7)所示，該式為單峰值函數(shù)。按照式(1)，光伏發(fā)電的輸出為P-V關(guān)系的最大值，故對式(7)進行求導并令導函數(shù)為0，其唯一零點即為光伏最大功率點，如式(8)所示。由此，可建立起由式(7)和式(9)組成的光伏發(fā)電系統(tǒng)潮流計算模型。

(7)

(8)

實際并網(wǎng)光伏電站由大量的光伏發(fā)電單元并聯(lián)組成，現(xiàn)有的研究均是通過單一光伏發(fā)電單元輸出量的倍增予以模擬。

2 含光伏發(fā)電的概率潮流計算及對電網(wǎng)的影響分析

2.1 含光伏的概率潮流計算概述

電力系統(tǒng)潮流計算實質(zhì)上是求解如式(10)的2個非線性方程組，其中Y為節(jié)點注入功率，X為電網(wǎng)狀態(tài)量，一般包括節(jié)點電壓幅值和相角，Z為潮流計算結(jié)果的輸出變量，通常在支路潮流、網(wǎng)損、節(jié)點電壓幅值間選取。

(9)

概率潮流計算主要考慮注入功率向量Y中的部分變量存在隨機性，其目的是以隨機變量的統(tǒng)計特征求解出系統(tǒng)狀態(tài)變量X以及輸出變量Z的概率分布。

在考慮光伏概率模型時，文獻[6]及文獻[12]分別認為光照強度服從Beta分布及正態(tài)分布。大量實測數(shù)據(jù)表明，Beta分布能更好地描述光照強度分布特性，則光照強度G的概率密度函數(shù)可由式(11)描述(其中Gmax為光照峰值，α,β為Beta分布擬合參數(shù))：

(10)

本文在研究分析并網(wǎng)光伏電站對系統(tǒng)的潮流影響時，認為光伏發(fā)電輸出有功功率隨光照強度隨機變化，輸出無功功率恒定為0。考慮到計算結(jié)果的精確性，采用非貫序蒙特卡洛的方法進行概率潮流計算。含光伏的概率潮流計算過程如圖4所示。

圖4 含光伏的概率潮流計算過程

2.2 考慮光伏電站出力相關(guān)性的概率潮流計算

由于光伏出力主要受光照強度影響，而光照強度變化規(guī)律的基礎是日地運動，因此在考慮多光伏電站接入電網(wǎng)的潮流計算時，地理位置相近的光伏電站出力往往具有較強的相關(guān)性。本文在計算概率潮流時仍采用蒙特卡洛抽樣方法，為考慮相關(guān)性以拉丁超立方-Cholesky分解(LHS-CD)技術(shù)生成樣本[20-22]。

以考慮3個光伏電站接入為例，給定兩兩間出力的Spearman秩相關(guān)系數(shù)為ρ12,ρ23,ρ13，可形成相關(guān)系數(shù)矩陣如式(11)。

(11)

指定待生成的樣本數(shù)量，用結(jié)合Cholesky分解的拉丁超立方采樣方法抽取樣本，其原理為：利用拉丁超立方方法中的抽樣環(huán)節(jié)分別生成一組反映各自邊緣分布的光伏電站出力序列，在拉丁超立方方法中的排序環(huán)節(jié)中引入相關(guān)系數(shù)信息進行迭代，僅通過不斷調(diào)整各序列數(shù)據(jù)的次序使其符合指定的互相關(guān)性[20]。從而能夠確保生成的樣本既符合不同電站光伏功率各自的邊緣分布，也滿足電站間出力相關(guān)性，其中調(diào)整隨機出力序列順序的算法流程如圖5所示。

圖5 序列順序調(diào)整算法流程

流程中的順序值指實際數(shù)值在序列中的排序位置值(升降序均可)，Spearman秩相關(guān)系數(shù)僅與順序值序列有關(guān)，與實際值的大小無關(guān)。

2.3 大規(guī)模光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)潮流影響分析

大規(guī)模光伏并網(wǎng)對電網(wǎng)潮流的影響主要包括對節(jié)點電壓及支路功率的影響，選擇以下3個影響因素進行考慮，可以較全面地分析大規(guī)模光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)潮流的影響。

(1) 光伏接入容量。計算統(tǒng)計不同光伏接入容量下電壓及功率的概率密度分布，另外，為進一步分析對比光伏并網(wǎng)對各支路潮流的影響程度，選擇概率潮流計算得到的支路功率與無光伏并網(wǎng)時原始支路功率的比值的標準差作為衡量對各支路有功功率分散程度的指標，在不同的光伏接入條件下進行比較，再統(tǒng)計越限概率，以靈敏度分析的方式進一步解釋。

(2) 光伏接入點。計算不同光伏接入點下系統(tǒng)網(wǎng)損的期望值，分析光伏接入點改變時系統(tǒng)潮流分布的特點，給出選擇光伏上網(wǎng)位置的參考依據(jù)。

(3) 光伏出力相關(guān)性。根據(jù)光伏電站出力的相關(guān)程度定義光伏出力相關(guān)性分為高度相關(guān)、中度相關(guān)和低度相關(guān)3個等級。計算不同相關(guān)系數(shù)下電壓及功率的概率密度分布，分析其波動范圍，得到光伏出力相關(guān)性對于電網(wǎng)潮流的影響方式。

3 算例分析

本文基于IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)和西北某省級電網(wǎng)系統(tǒng)，在Matlab平臺下，進行含光伏的概率潮流計算，根據(jù)3.3節(jié)中所述思路和方法，研究大規(guī)模光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)潮流的影響。

3.1 算例1——IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)

現(xiàn)以圖6所示IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)為例，分析光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)節(jié)點電壓、支路潮流的影響，本例采用的蒙特卡洛模擬方法采樣規(guī)模為5000次。系統(tǒng)共五臺發(fā)電機分別接在節(jié)點1、2、3、6、8，其中節(jié)點1機組作為平衡機，系統(tǒng)總負荷Pload=259 MW。算例中采用的光伏電池特征參數(shù)如表1所示。

圖6 IEEE 14節(jié)點系統(tǒng)

項目數(shù)值短路電流ISC0/A4．9開路電壓VOC0/V43．2最大功率點電流Im0/A4．51最大功率點電壓Vm0/V34．4電流-溫度補償系數(shù)a/℃-10．0025電壓-光照補償系數(shù)b/[(W·m-2)]-10．0005電壓-溫度補償系數(shù)c/℃-10．00288

以德國3個區(qū)域的光照強度特性為例進行含光伏的概率潮流計算，各區(qū)域光照強度Beta分布擬合參數(shù)如表2所示。

表2 光伏電站光照強度分布參數(shù)

3.1.1 光伏并網(wǎng)對節(jié)點電壓的影響

假定光伏電站PV1接入系統(tǒng)節(jié)點4，以節(jié)點5為例計算得到光伏接入容量分別為90 MW，100 MW，110 MW，120 MW時電壓幅值的概率密度分布函數(shù)如圖7所示。

圖7 節(jié)點5電壓概率密度函數(shù)(PDF)

固定光伏接入容量為120 MW , 節(jié)點4、節(jié)點9、節(jié)點14、節(jié)點13的電壓幅值概率密度分布函數(shù)如圖8所示。

圖8 節(jié)點電壓概率密度函數(shù)(PDF)

從圖7可以看出，光伏接入容量越大，節(jié)點電壓概率分布越分散，電壓波動性越大。電壓波動過大可能造成節(jié)點電壓越限，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行造成不利影響。節(jié)點4、9、14、13距光伏接入點距離逐漸增大，結(jié)合圖6及圖8可知，距離光伏接入點越近，電壓幅值波動范圍越大。

3.1.2 光伏并網(wǎng)對支路潮流的影響

對于支路潮流，同樣可以得到光伏接入容量越大，支路潮流分布越分散，波動性越大的結(jié)論?，F(xiàn)進一步計算光伏接入容量在80～150 MW范圍內(nèi)變化并以10 MW為步長的情況下支路有功功率的標準差。發(fā)現(xiàn)各支路功率相對值的標準差與并網(wǎng)光伏容量近似呈線性關(guān)系，且光伏并網(wǎng)容量的增加不改變各線路受影響程度排序。支路功率波動范圍最大的是支路4-5、支路2-4、支路3-4，波動范圍最小的是支路7-8、支路6-12、支路6-13。

根據(jù)概率潮流計算結(jié)果統(tǒng)計所有支路潮流越限情況，部分結(jié)果如表3所示(超過無光伏支路潮流絕對值的15%則認為越限)。由結(jié)果可見支路3-4、支路9-10呈現(xiàn)出極高的越限概率，支路9-14在光伏并網(wǎng)容量超過100 MW時存在越限可能，但概率較低，其余支路不存在越限的情況。

表3 光伏接入容量對支路潮流越限概率的影響

光伏并網(wǎng)后波動范圍較大的線路并不一定容易發(fā)生越限。其原因是光伏并網(wǎng)后造成的支路功率波動通常是有明顯方向性的，僅在功率波動方向恰好與無光伏下支路傳輸功率方向相同時，光伏并網(wǎng)會對該線路安全運行產(chǎn)生威脅，反之如線路4-5，其波動范圍雖大，卻不會造成線路過載。

基于以上結(jié)論以潮流靈敏度分析進行定性解釋。在0～200 MW范圍內(nèi)以10 MW為步長調(diào)整節(jié)點4注入功率，計算靈敏度系數(shù)與原支路潮流的比值如表4所示。其中支路3-4、支路9-10、支路9-14的結(jié)果為正且絕對值較大，說明改變單位注入功率時引起的潮流變化最大，因而在統(tǒng)計傳輸功率越限概率時此3條支路存在最大的風險，與前文結(jié)論完全一致。

表4 各支路潮流-節(jié)點4注入功率靈敏度(相對值)

現(xiàn)取光伏電站接入容量為120 MW不變，由蒙特卡洛抽樣計算得到不同接入點情況下系統(tǒng)總網(wǎng)損的期望，如圖9所示。

圖9 不同光伏接入點下系統(tǒng)的網(wǎng)損期望值

由圖9結(jié)果可以分析得到結(jié)論如下：

(1) 原系統(tǒng)功率主要由節(jié)點1和節(jié)點2集中送出，光伏并入除節(jié)點1、2以外的任意位置均明顯有利于均衡有功潮流分布、減小系統(tǒng)網(wǎng)損，并在選擇重負荷節(jié)點3時獲得最小的網(wǎng)損期望值。即從改善網(wǎng)損的角度說，光伏并網(wǎng)點宜選擇在系統(tǒng)的功率受端。

(2) 若光伏并網(wǎng)點的送出線均為高電阻標么值的低壓線路，例如節(jié)點12，并且光伏出力無法在本地消納，則系統(tǒng)網(wǎng)損改善效果較差。

3.2 算例2——實際省級電網(wǎng)系統(tǒng)

該實際省級電網(wǎng)系統(tǒng)位于西北地區(qū)，日照豐富，適合建立集中式規(guī)?；牟⒕W(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，直接接入輸電網(wǎng)。仿真分析表明，單光伏電站并網(wǎng)對系統(tǒng)節(jié)點電壓、支路潮流的影響與算例1結(jié)論一致，限于篇幅，這里不再討論。該地區(qū)電源裝機容量約34 893 MW，根據(jù)規(guī)劃該地區(qū)電網(wǎng)光伏裝機總?cè)萘繉⑦_到1500 MW，基于目前電網(wǎng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，單光伏電站并網(wǎng)很難達到計劃的規(guī)模。因此考慮采用多個光伏電站接入系統(tǒng)，盡可能地提高并網(wǎng)的光伏裝機容量。

3.2.1 光伏出力相關(guān)性對電網(wǎng)潮流的影響

由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、線路參數(shù)、無功補償情況、發(fā)電及負荷不同，不同光伏并網(wǎng)點下系統(tǒng)最大光伏接入容量有較大差異。綜合考慮光伏上網(wǎng)位置及出力比例分配，選定4個節(jié)點進行光伏并網(wǎng)，使總裝機容量能夠達到規(guī)劃要求，如所示表5，采用該地區(qū)光伏電站實測數(shù)據(jù)進行概率潮流計算。本例采用基于拉丁超立方采樣的蒙特卡洛概率潮流計算方法，采樣規(guī)模為1000次。

表5 光伏接入點及并網(wǎng)容量 MW

設置3種相關(guān)系數(shù)(高度相關(guān)、中度相關(guān)、低度相關(guān))如表6所示。不同相關(guān)系數(shù)下支路潮流相對值概率密度分布計算結(jié)果如圖10所示(以無光伏時的原始潮流為基準值)。

表6 光伏電站出力相關(guān)系數(shù)設置(a) 高度相關(guān)

(b) 中度相關(guān)

(c) 低度相關(guān)

圖10 不同相關(guān)系數(shù)對系統(tǒng)支路潮流的影響

由圖10可知，光伏電站出力相關(guān)系數(shù)越大，支路潮流分布相對越集中，其波動范圍相對越小。由于光伏并網(wǎng)引起的支路潮流波動具有方向性，所以并網(wǎng)后潮流可能正向波動或反向波動。如果引起的波動與無光伏時的潮流方向相反，潮流減小，則不會對電網(wǎng)安全運行造成影響，如圖10(a)；若引起的波動與原始潮流方向相同，如圖10(b)，則有可能造成潮流越限。而在較高的相關(guān)系數(shù)下，概率密度分布呈現(xiàn)尖峰厚尾的特性，尾部概率較大，由圖10(b)可知，此時雖然波動范圍較小，但潮流越限的概率反而可能更大(仍以超過原始潮流15%作為判斷依據(jù))。因此，在研究光伏并網(wǎng)對系統(tǒng)潮流的影響時，多電站出力相關(guān)性不可忽略。對于節(jié)點電壓，也有類似的結(jié)論，這里不再贅述。

3.2.2 制約光伏并網(wǎng)容量的潮流因素分析

在含光伏的電力系統(tǒng)潮流計算中，隨著光伏并網(wǎng)容量的增大，可能出現(xiàn)潮流計算不收斂的現(xiàn)象。本文通過Matlab接口程序調(diào)用PSASP 6.282進行計算，選擇某110 kV母線作為光伏接入點，逐步增加光伏并網(wǎng)容量，獲得潮流計算恰好不收斂時的光伏臨界裝機容量，將其定義為光伏并網(wǎng)容量極限。

將無光伏接入和達到光伏并網(wǎng)容量極限時各節(jié)點電壓進行比較，各節(jié)點電壓變化如圖11所示，并考察此時電壓跌落最明顯的節(jié)點，得到表7。

圖11 各節(jié)點電壓差

節(jié)點編號ΔU/p．u．節(jié)點編號ΔU/p．u．42910．08005380．077443370．076943380．07697850．07697830．0766

光伏并網(wǎng)后電網(wǎng)絕大部分節(jié)點電壓下降，其中電壓跌落最明顯的點為并網(wǎng)點附近的110 kV母線或其變壓器低壓側(cè)母線。達到并網(wǎng)極限的主要原因是當光伏并網(wǎng)容量過大后，系統(tǒng)無功補償不足，并網(wǎng)點附近電壓不足以支撐，導致越限，潮流不收斂。

此外，光伏并網(wǎng)點母線類型也是影響系統(tǒng)光伏并網(wǎng)容量極限的因素。改變光伏接入點母線的類型，計算得到光伏接入極限容量如表8。

表8 不同母線類型下光伏極限接入容量 MW

母線類型最大并網(wǎng)容量PQ90PV轉(zhuǎn)PQ120PV195

對于PV節(jié)點，有足夠的可調(diào)無功容量，用以維持給定的電壓幅值，此時光伏可并網(wǎng)容量最大；若是PV轉(zhuǎn)PQ類型的節(jié)點，當達到無功調(diào)整容量上限，PV節(jié)點就開始向PQ節(jié)點轉(zhuǎn)化，光伏并網(wǎng)極限減??；當并網(wǎng)點為PQ節(jié)點時，其送出的功率在定時間內(nèi)為定值，沒有無功調(diào)節(jié)容量及對電壓變化的響應能力，故最容易發(fā)生電壓越限。因此，在選擇光伏接入點時，從電壓控制的角度，宜選擇無功調(diào)節(jié)能力強的節(jié)點，同時配置自動電壓調(diào)節(jié)裝置，以提高系統(tǒng)的光伏接納能力。

4 結(jié)束語

本文基于2個算例，通過概率密度分布、靈敏度分析、標準差分析及越限概率分析等方法從光伏接入容量、光伏接入點、多光伏電站出力相關(guān)性等方面較為全面地分析了大規(guī)模光伏并網(wǎng)對電力系統(tǒng)潮流的影響，可為電力系統(tǒng)新能源規(guī)劃與運行提供決策參考，提出未來光伏大規(guī)模并網(wǎng)可能存在的問題，促進光伏并網(wǎng)的合理發(fā)展。

光伏接入容量過大、光伏電站出力相關(guān)性較大可能造成節(jié)點電壓、支路潮流波動范圍過大或越限概率超過電網(wǎng)運行限制，需要對光伏接入引起正向波動的節(jié)點及線路予以重點關(guān)注。從改良網(wǎng)損的角度而言，光伏接入點宜取重載節(jié)點，同時光伏并網(wǎng)容量較大時宜接入高壓網(wǎng)通過低阻線路進行外送。從電壓控制的角度，需選擇無功調(diào)節(jié)能力強的節(jié)點，或配置自動電壓調(diào)節(jié)裝置。實際應用中應綜合考慮各個影響因素，合理配置光伏電站容量，提高電網(wǎng)消納間歇性電源的能力，使集中式規(guī)模化光伏發(fā)電并網(wǎng)能夠成為現(xiàn)實。

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金 楚

金 楚(1990 —)，女，湖南雙峰人，碩士研究生，研究方向為新能源發(fā)電及儲能在新能源并網(wǎng)中的應用；

黎嘉明(1989 —)，男，廣東梅州人，博士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)運行與控制、新能源發(fā)電并網(wǎng)等；

徐沈智(1993 —)，男，安徽滁州人，碩士研究生，研究方向為綜合能源網(wǎng)、 電力系統(tǒng)優(yōu)化運行與控制；

文勁宇(1970 —)，男，湖南長沙人，教授，博士生導師，研究方向為電力系統(tǒng)運行與控制、電能存儲與電力安全、大規(guī)模風電并網(wǎng)等。

Probabilistic Load Flow Calculation and Influence Analysis for Power Grid Connected with Large Scale Photovoltaic Generation System

JIN Chu, LI Jiaming, XU Shenzhi, WEN Jinyu,

(State Key Laboratory of Advanced Electromagnetic Engineering and Technology(College of Electrical and Electronic Engineering, Huazhong University of Science and Technology), Wuhan 430074, China)

With the increase of grid-connected photovoltaic generation capacity, the inherent characteristics of fluctuation and intermittence of the photovoltaic generation lead to the result that large-scale PV integration will change the distribution of power flow and even reverse it, influencing the stability and security of power grid. A steady-state model of PV generation system is established in the paper. Based on the IEEE 14-bus system and power grid of a province in Northwest China, probabilistic load flow calculation of power grid connected with photovoltaic generation system has been carried out. The influence of large scale grid-connected PV generation on load flow of power system is fully analyzed under the circumstances of different grid-connected capacity, different grid-connected spots and different output correlations of the PV generation system. The results indicate that the fluctuations and limit violation probabilities of power system voltage and load flow increase with the addition of PV capacity. What’s more, power loss as well as PV penetration level is influenced by grid-connected spots and the impact of PV on load flow is directional. Additionally, the correlations among PV power stations cannot be ignored. The research does provide reference for the planning and operation of power system with large integration of renewable energy.

grid-connected photovoltaic generation; probabilistic load flow; correlation

2016-10-25；

2016-11-22

國家自然科學基金項目(5157070585)；國家重點研發(fā)計劃智能電網(wǎng)技術(shù)與裝備專項項目(2016YFB0900400, 2016YFB0900403)

TM732

A

2096-3203(2017)01-0001-08