基于OLTC和SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)研究

費麗強，趙娜

（1．嘉興電力局,浙江嘉興314033；2．北京和利時系統(tǒng)工程有限公司,北京 102600）

能源形勢日益嚴(yán)峻，光伏發(fā)電作為可再生能源的作用與應(yīng)用前景正日益得到社會的普遍認(rèn)同[1-2]。

光伏發(fā)電作為分布式發(fā)電（Distributed Generation,DG）的一種，其工作特點是將太陽能光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電之后，直接進(jìn)入公共電網(wǎng)，光伏發(fā)電產(chǎn)生的功率除了供給交流負(fù)載外，多余的功率反饋給電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在一般情況下只提供給電網(wǎng)有功功率；負(fù)載的無功功率一般由電網(wǎng)提供或由專用的無功補償設(shè)備如靜止無功補償裝置SVC，靜止無功發(fā)生器SVG等提供[3-4]。

分布式光伏電源并入配電網(wǎng)時會使得配電線路電壓升高，而分布式光伏電源退出運行時，對于依靠分布式光伏電源支撐電壓的線路又可能會使線路末端電壓越限。當(dāng)分布式光伏電源接入或退出運行使得配電網(wǎng)電壓越限時，在不增加設(shè)備的情況下，本文提出利用調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器（OLTC）的分接頭來改善配電網(wǎng)電壓分布；在調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器（OLTC）無法滿足的情況下，利用有載調(diào)壓變壓器（OLTC）和靜止無功補償裝置（SVC）復(fù)合式調(diào)節(jié)方式，使從而配電網(wǎng)的電壓分布曲線在更加合理的范圍內(nèi)。

1 基于OLTC與SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)

1.1 基于SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)

分布式光伏電源并網(wǎng)運行時，采用無功補償與分布式光伏電源并網(wǎng)發(fā)電的復(fù)合式調(diào)節(jié)的控制技術(shù)，能夠有效改善配電網(wǎng)電壓分布[5-7]。其中，SVC安裝在線路合適的地點：一種情況是SVC安裝在分布式光伏電源并網(wǎng)點；另一種情況是SVC安裝在其他需要通過無功補償進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的節(jié)點（如，線路末端等）。

具體控制技術(shù)如下：當(dāng)分布式光伏電源正常發(fā)電并網(wǎng)運行時，可以根據(jù)配電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)要求，通過分布式光伏電源與SVC補償裝置的復(fù)合式調(diào)節(jié)來調(diào)壓。分布式光伏電源既可以發(fā)出有功功率，也可以發(fā)出無功功率；SVC可以動態(tài)調(diào)節(jié)無功功率。因此，線路上所傳輸?shù)臒o功功率可以由分布式光伏電源和SVC共同提供，也可以由SVC單獨提供通過分布式光伏電源與動態(tài)無功補償器SVC補償裝置的復(fù)合式調(diào)節(jié)，使配電線路電壓滿足供電電壓偏差要求。

1.2 基于OLTC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)

分布式光伏電源并入配電網(wǎng)中會使得配電線路電壓升高，而分布式光伏電源退出運行時，對于依靠分布式光伏電源支撐電壓的線路又可能會使線路末端電壓越限。因此為了保證分布式光伏電源在運行和退出運行的情況下，配電線路電壓都能夠滿足供電需求，必須考慮調(diào)壓技術(shù)[8]。

有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)整的具體策略如下:

1）若光伏電源并入電網(wǎng)后線路電壓越過電壓上限，則逐漸升高OLTC高壓側(cè)分接頭檔位i，變壓器變比增大為從而變壓器低壓側(cè)輸出電壓減少為達(dá)到調(diào)節(jié)低壓側(cè)配電網(wǎng)電壓的目的。式中，U1為變壓器高壓側(cè)輸入電壓；U′2為調(diào)整檔位后的變壓器低壓側(cè)輸出電壓；i為變壓器高壓側(cè)分接頭的檔位數(shù)；n′1為變壓器原邊繞組匝數(shù)；n2為變壓器副邊繞組匝數(shù)。

2）當(dāng)并網(wǎng)運行的分布式光伏電源出力不足或退出運行時，造成線路電壓越過電壓下限，則逐漸降低OLTC高壓側(cè)分接頭檔位i，變壓器變比減少為，從而變壓器低壓側(cè)輸出電壓增大為達(dá)到調(diào)節(jié)低壓側(cè)配電網(wǎng)電壓的目的。

3）若線路各節(jié)點電壓均在正常的電壓偏差范圍之內(nèi)，則保持變壓器分接頭檔位不變。

1.3 基于OLTC與SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制綜合技術(shù)

圖1為基于OLTC和SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓復(fù)合式控制示意圖。綜合考慮上述兩種控制策略的優(yōu)劣，在單一調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器無法實現(xiàn)的場合，通過有載調(diào)壓變壓器（OLTC）與靜止無功補償裝置（SVC）復(fù)合式調(diào)節(jié)，可以使電壓偏差控制在允許的范圍之內(nèi)，從而改善配電網(wǎng)的電壓分布。

圖1 基于OLTC與SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制示意圖Fig.1 The voltage control schematic of PV gridconnection power generation based on OLTC and SVC

2 仿真驗證

1）基于SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)仿真驗證。采用的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，光伏電源安裝在節(jié)點6的位置，圖中用N表示，下同。SVC安裝在相同位置，電壓等級為10 kV。線路總負(fù)荷pld=10.2 MW，cos準(zhǔn)＝0.92。為了使仿真結(jié)果具有可比性，假設(shè)在各種運行工況下，線路始端的電壓始終保持在10.5 kV，在此假設(shè)下進(jìn)行各種仿真并作比較分析。

圖2 含分布式光伏電源的配電網(wǎng)模型Fig.2 The distribution network model with distributed photovoltaic power generation

如圖3中實線所示，分布式光伏電源與SVC補償裝置均未投入時，由于配電線路流過的功率過大而導(dǎo)致線路電壓降落過大，配電線路節(jié)點5之后各節(jié)點電壓越下限。這時，可通過分布式光伏電源與SVC補償裝置的復(fù)合式調(diào)節(jié)來調(diào)壓，如圖3中虛線所示，這樣在節(jié)點6處可支撐線路電壓，保證線路各節(jié)點電壓均滿足供電電壓偏差要求，使配電線路上的電壓分布更加合理。

圖3 分布式光伏電源與SVC復(fù)合式調(diào)節(jié)線路電壓效果圖Fig.3 The voltage chart of distributed photovoltaic power and SVC composite regulation

2）基于OLTC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)仿真驗證。這里采用如圖4所示的配電網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行論述，光伏電源安裝在節(jié)點6的位置，其中網(wǎng)絡(luò)電壓等級為110 kV，發(fā)電機(jī)出口側(cè)裝有額定變比為100±2×2.5%/10 kV的有載調(diào)壓變壓器。

圖4 含OLTC的分布式光伏電源配電網(wǎng)模型Fig.4 The distribution network model of distributed photovoltaic power with OLTC

圖5 所示為線路電壓越上限時配電網(wǎng)各節(jié)點電壓分布對比曲線。由圖中實曲線所示，當(dāng)光伏電源接入配電網(wǎng)時，由于配電網(wǎng)線路中流過的功率過大，使得配電網(wǎng)電壓越上限。通過調(diào)節(jié)OLTC分接頭檔位，可使配電網(wǎng)電壓調(diào)整到合適水平，如圖5中虛線所示。

圖5 線路電壓越上限時配電網(wǎng)各節(jié)點電壓分布對比曲線Fig.5 The comparison curves of node voltage distribution when line voltage exceed in the upper limit

由圖6中實線所示，當(dāng)光伏電源低出力運行時，由于配電網(wǎng)線路中流過的功率過小，使得配電網(wǎng)電壓越下限。這時，可以通過調(diào)節(jié)OLTC分接頭檔位，如圖中虛線所示，使配電網(wǎng)電壓調(diào)整到合適水平。

圖6 線路電壓越下限配電網(wǎng)各節(jié)點電壓分布對比曲線Fig.6 The comparison curves of node voltage distribution when line voltage exceed in the lower limit

3）基于OLTC與SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制綜合技術(shù)仿真驗證。仿真結(jié)果如圖7所示，并在節(jié)點10加裝SVC。由圖可得，當(dāng)含有分布式光伏電源的配電網(wǎng)線路電壓不滿足要求時，首先考慮通過有載調(diào)壓變壓器（OLTC）來調(diào)壓，如果無法通過單一的調(diào)節(jié)OLTC分接頭方式實現(xiàn)調(diào)壓目的時，則可以加裝無功補償裝置（如：SVC），通過有載調(diào)壓變壓器與SVC復(fù)合式調(diào)節(jié)使線路電壓滿足電能質(zhì)量的要求。

圖7 基于OLTC與SVC的復(fù)合式調(diào)壓效果圖Fig.7 The composite voltage regulating chart based on OLTC and SVC

3 結(jié)論

1）分布式光伏電源在配電線路上以不同位置接入配電網(wǎng)，利用靜止無功補償裝置（SVC）進(jìn)行調(diào)壓后，可以有效地改善配電線路電壓分布曲線，從而使得配電線路各節(jié)點的電壓偏移保持在合格的范圍內(nèi)。

2）在分布式光伏電源并入配電網(wǎng)后，利用有載調(diào)壓變壓器（OLTC）來改善分布式光伏電源接入配電網(wǎng)時對電壓分布影響的控制策略，通過調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器（OLTC）的分接頭檔位達(dá)到調(diào)節(jié)低壓側(cè)配電網(wǎng)電壓的目的，以改善分布式光伏電源接入配電網(wǎng)對電壓分布的影響。

3）在單一調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器無法實現(xiàn)的場合，通過有載調(diào)壓變壓器與靜止無功補償裝置（SVC）復(fù)合式調(diào)節(jié)，可以使電壓偏差控制在允許的范圍之內(nèi)，從而改善電網(wǎng)的電壓分布。

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