分布式光伏电站并网对配电网影响及接入方式分析_张震坤.pdf

设备管理与维修2023 5（下）0引言分布式光伏发电站的并网是充分发挥出光伏电池作用的一种电力网络接入方式，但此种接入方式会对配电网络产生一定程度的影响。本文首先通过建模分析的方式对光伏发电站对大电网的影响进行了分析，并进一步利用配电网潮流计算和仿真分析的方式，为接入方式的选择提供数据支持，以期为分布式光伏电站并网工作的落实开展指明方向。选择适当的接入方式实现光伏电站并网与配电宏观网络的有效衔接。1光伏电池工作原理及分布式光伏电站特征分析1.1光伏电池工作原理在分布式光伏电站的运行过程中，光伏电池是发挥核心作用的主要系统。其工作原理主要是基于电子被光照射后，继续向反向进行变动的过程产生电子聚集的固定区域，而形成了光伏效应光电转换的过程（图 1）。在对光伏电池进行原理和运行状态分析时，需要使用建模的方式。具体来说，光伏电池在运行过程中具有不同的状态差异，需要通过数据计算的方式进行建模，实现对光伏电池的运行应用原理和应用状态清晰充分的了解，光伏电池在具体运行过程中的状态有以下 2 种类型。1.1.1开路状态分析开路状态主要是指二极管呈现出开路的状态，这时电压满足等式 Vd=Vocn。在此种情况下，光伏电池的温度成为影响电压指标的关键性因素，温度变化对电池电压的影响可用式（1）表示。VocVoc=KV（T-Tref）+Vocn（1）1.1.2短路状态分析在短路状态分析的过程中，等效电阻和电流指标可忽略不计，得到任意光照强度下的光电流计算公式：Iph=SSrefIsen-K1（Tref-T）（2）其中，Tref为 298.15 F（147.86 ）。除了开路状态和短路状态，在实际的光伏电池运行中还存在最大功率点及反向饱和电流指标数据。在实际的电池应用和系统运行中，这些因素都不同程度地影响着光伏电池的运行状态。同时，光伏电池对整个电网的运行状态产生着不同程度的影响，需要通过数据计算的方式对不同状态下的实际数据情况进行有针对性的分析，并以此为基础规划好光伏电池在系统运行中的应用。1.2基本特征分析由于分布式光伏电站最根本的能源来源集中于太阳光照，因此，能源来源的稳定性和运行稳定性都存在一定的问题。除此之外，由于受到光照因素的影响较大，在发电的过程中也会有难以预测、稳定性不足的特征。可见，分布式光伏电站的建设对于选址以及能源供应方式的选择都有非常严格的要求，需要结合多方面的影响因素进行针对性分析，以便克服光伏发电预测难、稳定性不足、波动较大的问题和特征。适应这一特征，更好地发挥出分布式光伏电站在电力资源供应和配电网络运行稳定性保障中的积极作用。1.3光伏发电在实践应用中的主要障碍1.3.1谐波问题在光伏发电的过程中，转换器和逆变器设备是重要的支持元件。这类元件在细节结构上需要由多个不同类型的电子元器件发挥作用，这意味着分布式光伏发电系统中有多个直流的电分量存在。这时，系统若与电网共同运行，谐波和直流电就会同步产生，产生的谐波和直流电会对三相电网系统的电流和电压状态造成一定的影响和干扰，导致整个电网系统的运行状态在稳定程度方面有所不足。1.3.2波动性大由于光伏发电的能源来源主要是太阳光，而太阳光本身具摘要：在光伏发电的应用过程中，接入配电网会受到光伏发电模式的影响，主要包括电压偏差、电压波动等多种类型。结合不同程度的影响进行针对性的分析确认，合理规划电网接入的科学方式，确保配电网络的正常运行以及分布，并合理规划电网接入的科学方式，为配电网络的正常运行以及分布式光伏发电模式优势的充分发挥提供重要支持。关键词：分布式光伏发电；配电网络；电压偏差；电压波动中图分类号：TM615文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.13分布式光伏电站并网对配电网影响及接入方式分析张震坤（国电电力河北新能源开发有限公司，河北张家口075000）图 1光伏电池光电转换过程28设备管理与维修2023 5（下）有移动变化的特征，光照强度、光照角度、光照覆盖面等都会随着太阳所在位置的差异产生相应的变化。另外，不同的太阳光照射状态下，所产生的温度热量以及温度变化的整体趋势都呈现出波动性较大的特征。因此，容易造成存在光伏电池的电网在输出功率上出现波动，这意味着光伏电网在运行安全方面仍然存在着一些隐患和问题，是应用光伏发电时需要突破的一个重要的障碍性因素。1.3.3电压波动、频率振荡对于光伏发电系统的运行来说，正常运行状态下，如果出现停电问题或停电信号提示，需要光伏电网系统能够迅速检出相关信息，并且迅速定位电网连接开关。这时，系统应可做到自动完成对调节器负载能力的调整，尽可能在短时间内恢复供电状态。若光伏发电系统出现了孤岛效应，则会导致发电功率与负荷在无功功率或有功功率的背景下出现偏差，进一步导致电压波动、频率振荡的现象。若此现象持续出现，并未能得到解决，还会对设备本身造成直接的破坏。2光伏发电并网对电能质量的影响2.1电压偏差当光伏电站并入其他电网时，会非常显著地降低电网网络的电能质量，需要针对性地采取评估措施，对光伏电站并网的影响进行分析和研究。在具体评估时，需要将全网电能质量指标量化，依托指标量化后的数据信息确认光伏电站并网后的电能质量变化。从实践上来讲，光伏发电容易受到光照、温度因素的影响，且这种影响本身具有波动性大的特征，因此在光伏电站并网的过程中，电压偏差是最为典型的一种影响。当并网接入后，系统发电电源将被并网电源所替代。这时，电网内的电压会大幅提升，这主要是由于有功并网电流电压对并网点输出电压和电流的影响而造成的。光伏电站在持续运行的过程中，也会产生具有驱动作用的电流，其内部的光伏逆变器、变压器等设备会感应到有功驱动电流，进一步表现为电压水平的显著变化。2.2电压波动和闪变在日常应用的过程中，光伏发电的输出功率会受到天气因素的影响，从小到大呈现出逐步增加的趋势，达到最为集中且最大的输出功率，随后呈现出逐步降低的趋势。这种趋势和正态方向分布的状态都是由于并网接入所引起的一种典型现象。2.3谐波干扰谐波干扰主要是指在光伏发电站的运行过程中，谐波会伴随光伏发电站内部的作用过程同步产生。在电站运行的过程中，逆变器给光伏电网注入的谐波在总量和影响程度上最大。谐波干扰的具体影响主要包括以下 4 个方面：（1）谐波对电机的不良影响。在电机高速运转的状态下，谐波会导致振动现象，电机的附加部件会由于振动加剧损耗，并产生噪声。这时，电压指标水平的稳定性会出现不足，导致异常现象的出现，进一步引发整个运行系统的稳定性和安全保障效果方面的问题。（2）谐波对变压器设备的不良影响。谐波对变压器设备的不良影响主要是引起高压电力变压器内部能耗增加，使绕组内部和外部的材料出现损耗或局部高压发热的问题。若温度过高，还会导致变压器本身受到损害。（3）谐波对换流装置的不良影响。谐波对换流装置的不良影响主要是指换流器运行过程中，电路系统的连接和正常运行状态会受到影响，原系统的交流换向驱动控制效果也容易出现问题。（4）谐波对并联补偿电容器的不良影响。谐波会与电容发生耦合的现象。这时，电磁感应及其他导致谐波的影响波及整个通信线路，对整个通信线路产生一定的信号干扰，其中触发预警电话铃声是比较典型的一种现象。这一系列的动作会影响到电网系统的正常运行状态，严重时还会威胁工作环境的安全性。3光伏接入配电网络的潮流计算方法分析3.1基本计算方法在潮流计算的工作开展中，首先需要对系统的基础参数完成初始化的过程，平衡点、电压初始指数、收敛精度、迭代次数指标都需要调整到原始状态上。其中，平衡节点用 U 表示，U=120，电压初始值用 U 表示收敛精度，U=8。迭代次数的最大值用 N表示，具体的节点功率计算公式：Si（0）=SLi+Ui（0）2yio*（3）应用式（3）计算时，从电网的末端完成逐项计算，并且从节点电压的数据显示区域进行前期计算过程的推算：Pij（1）=Pj0+keCjPjk（1）+Pij（1）（4）Qij（1）=Qj0+keCjQjk（1）+Qij（1）（5）经过上述两个步骤的计算后，可得到各系统的 PV 节点修正后的电压值、相角和无功功率的表达式：Ui（1）=Ui（1）i（1）（6）完成上述一系列计算后，需借助收敛精度的表达式，判断精度是否达到标准。若未达到标准，则将已经得到的计算结果作为基准值进行应用，继续重复上述计算步骤，直至计算结果达到收敛精度或者迭代次数达到最大值。3.2最优潮流计算方法最优潮流计算方法是指通过对基本方法各个节点的优化，达到最优的计算状态。在最优计算方法中，将功能分布的最优、无功分布最优、安全可靠最优设置了多个不同的目标函数进行非线性规划。并结合计算结果完成进一步的潮流分布调整工作。功能规划也可由此而进一步推进，具体的最优潮流计算公式：minf（u，x）g（u，x）=0h（u，x）|0（7）式中，minf（u，x）为目标函数，g（u，x）表示等式约束，h（u，x）为不等式约束。在分布式光伏电站并网运行的过程中，需要对不同类型的配电网接入影响因素进行数据化分析，并明确相应影响的严重程度。在此基础上，选择尽可能合理的接入规划方式提升整个电力网络系统运行的稳定性，优化网络系统供电的整体状态。4结束语分析分布式光伏电站在电网运行的过程中对配电网络所产29设备管理与维修2023 5（下）生的影响与光伏电池的运行原理。在光伏发电的背景下，配电网络以及接入方式的选择需要依托专业的潮流计算方式进行确认，并且进一步通过建模和数据计算的方法分析研究，为取得更好的配电网络规划应用方案以及接入方式的合理选择提供重要参考。参考文献1马滕肖，孟祥鹤，白星振，等.考虑规模化分布式光伏接入的配电网台区鲁棒优化规划方法 J.电力电容器与无功补偿，2021，42（2）：183-190.2贾科，李俊涛，陈金锋，等.多端口分布式光伏接入直流配电系统整体故障穿越协调控制 J.电力自动化设备，2021，41（5）：175-182.3刘蕊，吴奎华，冯亮，等.含高渗透率分布式光伏的主动配电网电压分区协调优化控制 J.太阳能学报，2022，43（2）：189-197.4陈德炜，施永明，徐威，等.基于改进 FPA 算法的含分布式光伏配电网选址定容多目标优化方法 J.电力系统保护与控制，2022，50（7）：120-125.5傅质馨，王婧佳，朱俊澎，等.分布式光伏接入对配电网凹陷域预估结果影响 J.电源技术，2020，44（10）：1518-1521，1548.编辑张韵0引言目前，随着城市现代化的发展和高层建筑的兴起，城市的现代化程度越来越高，以玻璃墙为代表的墙体结构在城市中的应用越来越广泛，然而玻璃幕墙的清洗工作也带来了巨大的挑战。人工的玻璃幕墙清洁成本较高，并且在清洁过程中存在一定的风险，因此，将机器人应用到高大的玻璃墙上清洗已成为一个热门的研究课题。20 世纪 70 年代初，人们开始研究玻璃幕墙清洗机器人。20 世纪 80 年代，各种类型的清洁机器人相继出现在市场上。1986 年，美国制造了攀爬机器人用于清洗摩天大楼。1996年，大阪府立大学推出了世界上第一个垂直壁移动机器人。在中国，自 1987 年以来，上海大学在爬壁清洗机器人的研究中取得了重大的进展。2000 年，哈尔滨工业大学机器人研究所与中国蓝色化学清洗公司合作成功开发出“蓝色超人 CLR-2”墙壁清洁机器人1。玻璃幕墙清洗机器人的关键技术是满足移动的稳定性、机器人的操作性简单的灵活性以及工作过程中的安全性和可靠性。本文设计了一种实用、安全、稳定的玻璃幕墙清洗机器人，主要设计了机器人的吸附系统、运动系统和单片机控制系统。本文对玻璃幕墙机器人每一个部分进行了系统的分析和设计，并且根据机器人的行走方式，设计了跟踪算法，并通过实验验证算法的有效性。1擦窗机器人外部结构设计在本设计中，玻璃墙清洁机器人的外部结构设计成方形，4个角呈弧形，每个角都配有角轮。角轮的尺寸不能太大，以确保机器人在转弯时不会被卡住，从而顺利地通过转弯的拐角2。方形的结构可以有效地保障玻璃幕墙机器人在清洁窗户的边缘处的可靠性。机器人前部配备红外线避障传感器，用于监测前方障碍物的距离，机器人的两侧配有轻触开关。当玻璃幕墙机器人在前行过程中遇到窗台时，传感器输出低电平，电平信号传递给微处理器，处理器发出指令使玻璃幕墙机器人转向轮转向。当玻璃幕墙机器人清洁到窗户顶部时，转弯时会与窗台发生碰撞。为了有效地解决这种问题，轻触开关发出电平信号，电平信号传递给微处理器，微处理器根据电平信号做出相应的判断处理。如果玻璃幕墙机器人左侧的轻触开关触发，轻触开关发送低电平信号给处理器，机器人顺时针旋转 90并径直走到右下角3。如果玻璃幕墙机器人右侧的轻触开关触发，轻触开关发送高电平信号给处理器，机器人逆时针旋转 90，然后直接走到左下角。机器人底部有一块抹布，在机器人行走过程中擦窗户。图 1 为机器人的外部结构。2擦窗机器人吸附系统设计本设计采用真空吸附系统。真空吸附系统具有重量轻、结构紧凑、可靠性高等特点。因此，真空吸附系统广泛应用于各种气动机器人中，也是本文设计的擦窗机器人关键设计之一4。对于市场上主流的真空泵，其工作原理主要摘要：对于高层建筑，玻璃幕墙的擦拭有一定危险性，擦窗机器人的出现有效解决了这一问题。设计一种便携式玻璃幕墙擦窗机器人，介绍其硬件结构和软件结构，提出一种合理高效的机器人方案，并根据玻璃幕墙清洗机器人的行走方式设计跟踪算法。设计的玻璃墙清洗机器人由吸附系统、运动系统和单片机控制系统组成，详细介绍各部分的设计思想和实现方法。关键词：玻璃幕墙；清洗机器人；吸附系统；单片机控制；跟踪算法中图分类号：TP242文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.05D.14擦窗机器人硬件结构及控制系统设计张立（河南工业贸易职业学院，河南郑州451100）图 1机器人外部结构30