新能源并网对电网电能质量的影响分析方法_苏永义.pdf

，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期作者简介：苏永义（），男，大专，高级工程师，研究方向为配电网运行维护；刘斐（），男，工程师，研究方向为配电网运行维护；隋树法（），男，工程师，研究方向为配电网运行维护；周忠堂（），男，工程师，研究方向为配电网运行维护；崔淑恒（），男，助理工程师，研究方向为配电网运行维护；王东旭（），男，工程师，研究方向为配电网运行维护。文章编号：（）新能源并网对电网电能质量的影响分析方法苏永义，刘斐，隋树法，周忠堂，崔淑恒，王东旭（国网山东省电力公司临沂供电公司，河东客户服务中心，山东，临沂 ）摘要：针对新能源并网对电网电能质量的影响问题，通过设置不同的函数，实现了新能源并网影响电能质量的特性量化分析。并将新能源并网对电网电能质量的影响转换为数学形式的思维，以量化的方式解决实际问题，提高了实际问题分析能力。文章还构建了灰色关联模型，以便用户通过一种数据影响量分析其他数据影响量。通过试验，提出的方法评估误差低。关键词：新能源并网；电网电能质量；灰色关联模型；评估误差中图分类号：；文献标志码：，（，）：，：；引言随着新能源技术越来越受大家的关注，其应用价值也越来越多地发挥，但在并网发电系统中，很容易出现诸多影响电能质量的因素，比如谐波、孤网、间接性发电、波动性发电、电网频率、并网标准等。如何评估这些因素对电能质量的影响就成为热门的话题。文献 考虑了具有电网背景谐波和开关死区特性，对双馈风电机组并网输出谐波电流解析模型进行构建，深入地分析了电网背景谐波电压幅值相位、运行工况、控制延时等多种因素对谐波电流特性的影响，该技术虽然具有一定的技术进步性，但是对于新能源并网输出参数之间的关联性并没有提及。文献 通过构建神经网络模型，以新能源并网中的负荷预测实现大电网频率控制方法分析，该技术虽然减少了大电网频率波动，减少了调节时间，但无法实现新能源并网影响电能质量的特性量化分析。基于上述技术的不足，本研究进行了以下技术研究。新能源并网影响电能质量的特性量化分析 电压偏差率和频率偏差影响本研究通过数学模型实现电压偏差率和频率的计算，假设电网并网电路输出功率受风速变动和风剪切等多种因素影响，则电压的波动值可以通过以下公式表示：（）式中，表示在风力影响下电压波动出现的最大值，表示在风力影响下电压波动出现的最小值，表示电网并网输出额定值。通过上述公式，当风速较小时，电网机组会捕捉更多的风量以保证有功功率，无功功率被控制后，暂态过程将会拉长，这会在很短的时间内将功率增加到额定值。其中，频 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期率偏差率通过式（）表示：（）（）其中，表示在风力影响下频率波动出现的最大值，表示在风力影响下频率波动出现的最小值，表示电网并网输出额定值。谐波影响分析新能源并网中，谐波对风电机组具有一定的影响量，通过式（）表示：（）式中，表示新能源的并网装机容量，单位为，为新能源并网中单台能源发电机工作运行中的装机容量，单位为，表示新能源并网中电网输出电机的组数，表示并网电路中单个型号风电机组输出谐波电流的数值，表示新能源并网电路中的标称电压，单位为。其中发出的谐波中，电压含量通过式（）计算：（）（）式中，表示新能源并网电路中的标称电压，单位为，表示并网电路中第次谐波下的输出电流，单位为，表示为并网电路中三相短路容量，单位为。电压波动和闪变在新能源并网系统中，假设标称电压为 ，电网中的电压波动限值为，这局限于 次的电压变动频度波动，电源并网中的时闪变限值为。但是在新能源输出电压为 和 并网中，不同分支的公共连接点长时闪变限值在 附近。此时，电网并网输出的电压波动通过式（）表示：（）（）（）式中，表示新能源并网中风电机组的额定视在功率，单位为；表示新能源并网中电网公共连接点的短路视在功率，单位为；（）表示为并网电路中的电压转换因子。当新能源并网中输出的短时间闪变值与长时间闪变值等值的情况下，则可以通过式（）表示：（，），）（）式中，表示并网电路中短时间闪变值，表示新能源并网电路长时间闪变值，表示并网电路中存在公共连接点处输出的短路视在功率，单位为，（，）表示电网并网中输出的阻抗角和一年中新能源并网电路中存在的平均风速相对的风电机组出现的闪变系数，表示电网并网中单台风电机组出现的额定视在功率，单位为，表示连接在电网并网电路中与公共连接点连接的风电机组台数。闪变值通过式（）、式（）进行：（，（，（），）（）（，（，（），）（）式中，（）表示能源并网中单台机组出现的闪变阶跃系数，表示新能源并网机组在 内自由转换运行的次数。，表示并网电路中不同机组在 内自由转换运行的次数。新能源并网影响因素关联分析方法本研究采用灰色关联分析法实现上述不同因素的分析。具体步骤如下。步骤一影响因素收集，将影响新能源并网因素的各种的数据信息结合起来，构成个不同的数据集合，记作：（），（），（），（）式中，表示新能源并网因素中不同列的并网数据信息影响量数据集合。步骤二设置理想状态下的目标参考集合，作为新能源并网影响因素目标函数影响因子（比如谐波、孤网、间接性发电、波动性发电、电网频率等诸多因素）参照集合，则有：（），（），（）（）步骤三将所有影响数据量信息归一化处理，无量纲化处理。则融合后的数据信息通过式（）表示：（）（）（）（）式中，。步骤四将各种数据集合信息的绝对值求出，然后将每个数据集合信息中的最小值 （）（）输出，再输出最大值 （）（）。步骤五将不同数据信息之间的关联系数求出，然后将新能源并网中对电能质量影响的各种因素信息与计算相关系数。分别计算电能质量影响量参数与步骤二中的目标参考集合的相关系数通过以下函数的形式表达出来。（）（）（）（）（）（）（）（）（）式中，设置关联系数为 。在此，根据不同数据的关联情况，可以设置不同的关联系统，更具体而言，假设在频域影响量分析中，可以设置皮尔逊关联因子，通过以下表达式表示，则有：（）（）（）（）（）式中，为不同影响数据信息集合中的数量，和为新能源并网中对电能质量影响的各种因素信息内，待分析的两个影响数据因素的集合，则用、分别表示新能源并网中对电能质量影响 数据集合的平均值。通过这种方式，实现了各种影响 因 数 的 线 性 关 联，提 高 了 影 响 量 数 据 信 息 分 析能力。步骤六将不同影响量数据信息之间的关联度求出。用来表示，则关系式可以为 ，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期（）（）式中，。以新能源并网因素中输出的功率谱为衡量目标因素，假设以该影响因子作为分析标准，则通过以下方式进行，功率谱定义为（）（）（）式中，（）表示新能源并网输出的随机信号，表示新能源并网输出函数中的复数随机变量，表示新能源并网输出电压曲线数。然后将频域估计通过现代频域的方式进行评估，通过设置自动回归（）模型实现新能源并网中的频域参数信息分析，最终通过输出 模型参数估计值的方式实现频域输出。实验与分析本研究通过 仿真模型实现电网扰动的模拟，因此，在本研究中引入了扰动发生装置，在该装置中模拟火电发电站，容积为 ，记作火电厂为。该系统还设置了的光伏电站。在光伏电站中设置的负荷、为有功负荷，有功负荷输出功率分别为 、和 。系统仿真参数如图所示。图仿真算例结构图设置仿真参数，参数设置表如表所示。在设置新能源并网电路中，对电能质量具有影响的电压、频率、谐波、电压波动和闪变之间关系度系数，所设置灰度相关度系数如表所示。皮尔逊相关系数设置信息表如表所示。表参数设置信息表参数名称参数值光照强度（）光伏板温度（）火电厂 光伏电站 表灰色关联度系数设置信息表灰色关联度点点点 表测量点电压曲线的皮尔逊相关系数 母线点点点母线 点 点 点 扰动装置的属性：其三相交流输出为 工频交流电，输出直流电压为 ，输出的额定电压为 工频交流电，其具有的电感的数值为 ，输出的直压电容、电感、电容分别为 、和，隔离变压器的变比可以为 。测试结果如表所示。表测试结果示意表测试项目试验设定条件试验过程输出结果电压故障模拟持续输出 ，输出值减去设定值偏差不大于。结果按 额定电压递增，电压误差小于的初始设置值满足要求频率故障模拟持续输出 的频率，分辨率设置为 。输出值减去设定值 试验频 率 按 照 输 出，频 率 误 差为 满足要求电压波动和闪变模拟电压波动闪变公式为：（）（），调制比为到，间谐波频率为到 ，电压波动误差不大于设定值，频率波动误差不大于设定值。值为 ，波动范围，波动频率为 。波动电压误差为设定值，波动频率误差为设定值。满足要求电网电压谐波设定输出电压谐波为 次，谐波输出幅值与设定值偏差不大于。组合谐波（次，次，次），谐波输出幅值与设定值偏差小于于 。满足要求在测试过程中，电压波动与闪变波形示意图如图所示。该曲线图为电网并网额定电压 ，调制比，间谐波频率 情况下的设置情况。试验项目的谐波示意图如表所示。，研究与设计微型电脑应用 年第 卷第期图电压波动与闪变波形表谐波试验示意图谐波试验输出波形谐波电压测量值最大偏差基波次 谐波 基波 次 谐波 基波 次 谐波 次 基波组合谐波次 次 谐波干扰波形示意图如图所示。该谐波实在电网电压含 次谐波时波形，基波电压 ，次谐波电压 下的谐波输出。图谐波波形示意图下面通过上文介绍的关联算法将不同的电网并网参数信息进行对比分析。通过 神经网络算法模型与本研究的方法进行对比分析。算法性能通过平均相对误差（）和最小误 差 平 方 和（）进 行 衡 量。其 中，公 式 如 下所示：（）公式如下所示：（）（）式中，为干扰装置 输 出 的 电压、频率、谐波等数据信 息，为经过将多种因素融合在一起的第个评估数据量，为第个谐波干扰数据信息评估的信息量。二者之间误差计算情况如表所示。表不同算法模型误差计算结果算法模型 神经网络模型 本研究算法模型 通过表可知，本研究的方法误差率较低。总结新能源并网发电系统在出力时，容易出现出力的间歇性和不确定性等不定因素，本 研究提出了新能源并网发电过程中各种因素特征的量化分析，构建了灰色关联分析法模型实现谐波、孤网、间接性发电、波动性发电、电网频率等诸多因素之间的关联，通过设置关联系数实现关联程度的计算，提高了电能质量分析能力。本研究虽然在一定程度上提高了电能质量分析能力，但在应用过程中仍旧存在一些不足，这需要进一步研究和探索。参考文献年珩，周骐，吴超，等双馈风电机组并网运行下谐波电流建模与特性分析中国电机工程学报，（）：张凤林，陈峦，姚亮，等基于信赖域法改进的 网络在新能源并网方面的研究可再生能源，（）：洪楠论新能源发电并网对电网电能质量的影响研究科技风，（）：栾文鹏，余贻鑫，王兵 数据分析方法中国电机工程学报，（）：马琼电网规划中的新能源接入影响分析集成电路应用，（）：范开俊，徐丙垠，董俊，等 基于智能终端逐级查询的馈线拓扑识别方法 电力系统自动化，（）：谭笑，旷灵毓分布式光伏发电并网系统的电能质量问题研究数码世界，（）：王可含芳分析新能源并网对配电系统继电保护的影响中国科技纵横，（）：（收稿日期：）