基于ETAP的光伏电站并网电能质量评估

       针对典型50 MWp光伏电站进行分析,通过ETAP电力系统仿真平台对区域电网及光伏电站进行建模,以对其电能质量进行评估,结果表明,该光伏电站接入电网后,其在PCC点产生的谐波电流,引起的电压波动及闪变、电压偏差、直流电流分量等关键电能质量参数均满足相关规程要求。
       随着光伏发电技术快速发展，越来越多的光伏电站并入电网，其电能输出特性成为影响电网电能质量的重要因素。以50 MWp光伏电站为例进行电能质量评估。
       光伏电站场内建设一座110 kV升压站，主变规模1×50 MVA，变比115±8×1.25%/37 kV。光伏电站由50个发电系统单元组成，每个单元容量为1.0 MWp，经2台500 kW并网逆变器和1台1 000 kVA箱式升压变压器0.4/0.4/37 kV)升压至35 kV，而后经5回集电线路汇集至35 kV母线，再升压至110 kV，通过一回线路T接苑水-马村110 kV线路并网。
       正常运行方式下，马村110 kV变电站由玉林-马村线路主供，苑水-马村线路断开做备用，因此光伏电站T接苑水-马村线路后，光伏电站并网点为苑水220 kV站110 kV侧，即苑水220 kV站110 kV侧为本项目与电网的公共连接点(简称“PCC点”)，以下主要考察PCC点的电能质量是否满足要求。
1.1 ETAP仿真系统简介
       ETAP12.6.0是当前广泛使用的电力系统分析计算工具，ETAP用户可以通过可视化界面建立电网系统。它适用于从单座变电站、电厂到大型电网、电力系统的分析计算。该软件集合短路计算、潮流分析、谐波分析、暂态稳定分析、可靠性分析、继电保护配合、发电机/电动机起动分析等数十个模块于一身，能够较全面、准确的对各类型电厂、变电站进行建模。
       ETAP提供了一整套电力系统设备数据库，可以针对各个类型电气设备的属性进行设定，例如设备的额定值、电压、阻抗、谐波等属性。电网仿真系统建成后，用户可以通过理论分析、模拟电站运行等手段完成相关计算。
       以下应用ETAP进行了谐波、潮流和短路计算，进而对仿真电网的电能质量进行评估。
1.2 光伏电站建模
       在ETAP软件的设备库中选择PV阵列、变压器、断路器、母线、电缆等元件，对以上元件进行串联，并填写各参数。图1中以4个单元为例建立光伏电站模型(即4 MWp光伏发电系统)。
       光伏电站模型中逆变器可作为谐波电流源参与谐波潮流计算分析，打开“PV阵列”的属性页，在“逆变器编辑器”的“谐波设备库”中选择相应的设备，采用特变电工500 kW光伏逆变器，根据厂家提供的谐波检测报告，已将其谐波特性加入到了谐波设备库。光伏电站周边电网情况已在ETAP软件中建模，将光伏电站接入苑水220 kV站模块。
2.1 谐波限值计算
2.1.1 计算依据
       GB/T 1459-1993《电能质量：公用电网谐波》规定了基准短路容量下的谐波电流允许值，而PCC点的实际短路容量与假定的基准短路容量会有所不同，需要利用公式Ih=(Sk/Sj)Ihp进行转换。另外，PCC点的单个用户向电网注入的谐波电流允许值应按此用户在该点的协议容量与其PCC点的供电设备容量之比进行分配。
       根据上述方法可以计算出光伏电站在PCC点的谐波电流限值。
2.1.2 谐波电流限值
       光伏电站并网点苑水110 kV侧最小短路容量Sk为1 460 MVA，PCC点的主变容量与用户的主变容量之和St为1 030.5 MVA，光伏电站协议容量50 MVA。根据上述方法进行折算后，PCC点谐波电流限值和允许本项目注入PCC点的谐波电流值见表1。
2.2 谐波仿真结果
       基于ETAP软件平台，以系统正常运行小方式(即系统具有最大等值阻抗，在发生短路时产生的短路电流最小的一种运行方式)进行电气计算。
       计算中，背景谐波采用电网已有的实测数据，并网点谐波畸变率0.85%，奇次谐波电压含有率0.76%，偶次谐波电压含有率0.38%。
       本光伏电站升压变联接组别为Yn/D11，实际上PV阵列产生的3的倍数次谐波被升压变低压侧△形接线隔离，在PCC点不会有PV阵列注入的3的倍数次谐波，但为了显示出3的倍数次谐波情况，便于后续工程参考，该次计算中变压器均采用星形接线。