陜西科泰電氣設備有限公司
SHAANXI KETAI ELECTRICAL EQUIPMENT CO., LTD.
光伏電站與電氣化鐵路對電網電能質量交互影響分析
來源:
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作者:sxktdq
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發布時間: 2019-05-10
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國網新疆電力有限公司、國網新疆電力公司博爾塔拉供電公司、新疆中信金源電力科技有限公司的研究人員趙普志、李鵬、王凱、段忠德、蔡永軍，在2019年第3期《電氣技術》雜志上撰文，針對光伏電站的接入點與電氣化鐵路牽引站電氣距離很近的問題，依據兩者本身產生的諧波頻段和幅值特點以及國標中多個諧波源之間相互作用準則，對兩者之間的公用電網諧波進行了分析。
最后在PSCAD/EMTDC仿真平臺上搭建了含有光伏電站和電鐵等效模型的電網仿真模型，對電鐵和光伏電站的諧波交互影響進行了分析，驗證了本文方法的有效性。
光伏能源作為一種新型能源，其本身具備一定的清潔性，近年來依靠光伏能源發電成本的不斷下降與國家優惠補貼政策得到了快速發展。雖然國家對光伏并網發電做出了明確的技術規定，但光伏在并網后，由于其逆變器本身特性仍會產生一定數量諧波，給實際電網供電環境帶來一定不良影響。
因此，對于分析和梳理光伏電站對電網電能質量的影響，許多專家和學者已經做出了一系列卓有成效的工作。電氣化鐵路作為一類重要負荷，對國家經濟起到基礎性作用，但其本身不對稱接線和運行方式，會對接入點電網電能質量造成較大的影響。
文獻[5]研究電氣鐵路的低頻振蕩問題。文獻[6]針對大型光伏電站與電網諧波交互影響作用進行了分析，并用實際數據驗證了方法的有效性。文獻[7]在PSCAD/EMTDC仿真平臺上計算了電氣化鐵路接入對電網的諧波影響，為實際中電能質量評估提供了參考依據。文獻[8]將電氣化鐵路接入對光伏聯絡線的有功、無功、電壓影響進行了分析。文獻[9]提出電氣化鐵路的電能質量補償問題。
本文在前人研究成果的基礎上，首先，研究了光伏的諧波模型以及主要諧波頻段；然后，分析了電氣化鐵路負荷的主要諧波模型，根據諧波疊加原理分析了兩者之間相互作用的方向和影響；最后，在PSCAD/EMTDC平臺搭建模型對兩者進行仿真模擬，分析兩者之間相互影響的影響因素，并與實際測試數據進行比對，驗證理論的有效性。
結論
本文討論了光伏電站和電氣化鐵路對電網電能質量交互作用的問題，主要結論如下：
1）光伏電站和電氣化鐵路之間諧波電流會相互抑制，具體的抑制作用取決于電網結構。
2）多諧波電流之間相互抑制作用會隨著諧波的次數變化而變化。
3）本文的討論沒有涉及高次諧波（如25次以上諧波），因為高次諧波主要是由電氣化鐵路產生的，光伏電站并不會產生，兩者之間不會發生交互影響。
還有待進一步完善的工作是，仿真諧波幅值和實測諧波幅值并不完全對應，需要同時對多個測點進行測試，搜集更為詳盡的數據，修正現有仿真結果，以達到更加接近實測結果的目標。
最后在PSCAD/EMTDC仿真平臺上搭建了含有光伏電站和電鐵等效模型的電網仿真模型，對電鐵和光伏電站的諧波交互影響進行了分析，驗證了本文方法的有效性。
光伏能源作為一種新型能源，其本身具備一定的清潔性，近年來依靠光伏能源發電成本的不斷下降與國家優惠補貼政策得到了快速發展。雖然國家對光伏并網發電做出了明確的技術規定，但光伏在并網后，由于其逆變器本身特性仍會產生一定數量諧波，給實際電網供電環境帶來一定不良影響。
因此，對于分析和梳理光伏電站對電網電能質量的影響，許多專家和學者已經做出了一系列卓有成效的工作。電氣化鐵路作為一類重要負荷，對國家經濟起到基礎性作用，但其本身不對稱接線和運行方式，會對接入點電網電能質量造成較大的影響。
文獻[5]研究電氣鐵路的低頻振蕩問題。文獻[6]針對大型光伏電站與電網諧波交互影響作用進行了分析，并用實際數據驗證了方法的有效性。文獻[7]在PSCAD/EMTDC仿真平臺上計算了電氣化鐵路接入對電網的諧波影響，為實際中電能質量評估提供了參考依據。文獻[8]將電氣化鐵路接入對光伏聯絡線的有功、無功、電壓影響進行了分析。文獻[9]提出電氣化鐵路的電能質量補償問題。
本文在前人研究成果的基礎上，首先，研究了光伏的諧波模型以及主要諧波頻段；然后，分析了電氣化鐵路負荷的主要諧波模型，根據諧波疊加原理分析了兩者之間相互作用的方向和影響；最后，在PSCAD/EMTDC平臺搭建模型對兩者進行仿真模擬，分析兩者之間相互影響的影響因素，并與實際測試數據進行比對，驗證理論的有效性。
圖3 電氣鐵路和光伏同時接入電網等效示意圖
圖4 電氣鐵路接入光伏退出電網等效示意圖
圖5 PSCAD仿真示意圖
結論
本文討論了光伏電站和電氣化鐵路對電網電能質量交互作用的問題，主要結論如下：
1）光伏電站和電氣化鐵路之間諧波電流會相互抑制，具體的抑制作用取決于電網結構。
2）多諧波電流之間相互抑制作用會隨著諧波的次數變化而變化。
3）本文的討論沒有涉及高次諧波（如25次以上諧波），因為高次諧波主要是由電氣化鐵路產生的，光伏電站并不會產生，兩者之間不會發生交互影響。
還有待進一步完善的工作是，仿真諧波幅值和實測諧波幅值并不完全對應，需要同時對多個測點進行測試，搜集更為詳盡的數據，修正現有仿真結果，以達到更加接近實測結果的目標。
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