含分布式光伏配電網(wǎng)電壓越限控制策略及應用

羅益珍 陽立斌 鄧康健 鄒旻昊

摘?要：針對湖南某10kV線路光伏電源接入引起電壓越限、線損增加問題，分析了分布式光伏電源并網(wǎng)對配電網(wǎng)電壓的影響機理;并根據(jù)線路的具體情況，提出了有功無功綜合控制方案，該方案綜合了光伏電源的Q（U，P）逆變器無功輸出控制策略和準入容量調(diào)整，實現(xiàn)將電壓控制在允許的范圍，降低線損，且能最大限度確保光伏出力。仿真結(jié)果表明了該方案的合理性。

關(guān)鍵詞：分布式光伏;電壓越限;逆變器;綜合控制

一、緒論

分布式光伏出力受溫度和光照強度影響具有不確定性，光伏并網(wǎng)給電網(wǎng)運行帶來電壓波動、諧波污染、系統(tǒng)損耗等問題，影響配網(wǎng)供電質(zhì)量[1]。

湖南某10kV線路，有額定容量為10MW、5MW的兩個分布式光伏電站接入。當線路輕負荷運行時，本地負荷消納電能小于分布式光伏電源出力，導致并網(wǎng)點電壓越限[2-4]?？赏ㄟ^減小光伏出力，或利用光伏電源逆變器無功輸出特性來調(diào)整線路電壓分布，本文提出一種有功無功綜合控制方案，以解決該線路因光伏并網(wǎng)引起的電壓越限問題。

二、分布式光伏電源影響配電網(wǎng)電壓機理

分布式光伏電源出力影響并網(wǎng)線路潮流，改變線路的電壓分布。一般地分布式光伏電源并網(wǎng)后配電網(wǎng)整體電壓水平有所提高;光伏電源出力一變大，光伏電源接入的地方的電壓就會成為這個部分線路電壓最高的地方。如果配電線路的負荷比較小，然后他供電的范圍也比較小，一旦接入光伏電源，就會讓這條線路的一些地方的節(jié)點電壓升高，就很有可能造成電壓越限。

以單個分布式光伏接入的10kV線路為例，搭建10kV配電線路PSASP仿真模型，分析光伏接入前后線路電壓分布情況。其中線路首端電壓為10.5kV，線路導線型號為LJ-120mm2，線路上共24個負荷點。單個負荷點配變?nèi)萘繛?00kVA，總配變?nèi)萘繛?800kVA，配變負載率在0.1～0.6間變化，單個負荷間距離為1.2km，在12#號節(jié)點接入3MW的光伏電源。

光伏電源接入前，配變負載率為0.6時，也即重負載時，電壓分布逐點下降，末端電壓只有9.0kV，低于規(guī)定的電壓值。接入光伏電源后，線路末端電壓分布明顯得到提高，因此，重負荷時線路電壓因光伏接入而提高得到改善。當負載率只有0.1時，即輕負荷運行時，光伏接入前線路電壓分布均在規(guī)定范圍內(nèi)，但光伏接入后部分節(jié)點電壓越上限，且接入點出最高。

三、光伏接入配電網(wǎng)電壓越限控制

為了防止分布式光伏電源接入導致配電網(wǎng)部分節(jié)點電壓越限，可從配網(wǎng)側(cè)和光伏電源測入手采取措施來對配電網(wǎng)電壓進行控制。配網(wǎng)側(cè)的主要措施有：合理規(guī)劃設(shè)計光伏電源的接入位置和容量;調(diào)整變壓器的分接頭;并網(wǎng)點電抗器補償?shù)?，這些方法均有不足之處。

利用逆變器的無功輸出特性來控制電壓，主要控制策略有：恒無功功率控制策略;基于并網(wǎng)點電壓的控制策略Q（U）;基于光伏有功功率輸出控制策略cosφ（P），這些方法存在各自缺陷，如系統(tǒng)網(wǎng)損增大[8]。

（一）有功無功綜合控制策略

控制策略流程如圖1，首先我們根據(jù)系統(tǒng)此時刻的狀態(tài)就可以計算這個時候最大的準入容量;然后再檢測并網(wǎng)點電壓U。設(shè)定無功調(diào)壓節(jié)點電壓閾值為U=1.05p.u，當并網(wǎng)點電壓不高于1.05p.u，逆變器不發(fā)出無功功率，光伏有功出力保持不變。當檢測到并網(wǎng)點電壓高于1.05p.u但低于1.07p.u時，有功出力仍不變，此時逆變器參與電壓調(diào)節(jié);再根據(jù)Q（U，P）控制策略計算出逆變器輸出的無功功率，逆變器輸出無功，再次檢測并網(wǎng)點電壓，直至逆變器輸出最大無功，此時若電壓不低于1.07p.u，則再次計算最大準入容量，進行削減有功出力的操作。

（二）實際應用效果

以10kV線路為例進行仿真，接入光伏電源后簡化后的線路拓撲如圖2。該饋線總長度為18.7342km，其中，主干線長與支路長度分別為9.118km、9.6162km，連接節(jié)點間的線路型號為LGJ-70。系統(tǒng)配變總?cè)萘繛?420kVA。該饋線有兩個分布式光伏電源接入，分別在HY11節(jié)點及HY43節(jié)點接入。DG1、DG2的額定容量分別為10MW、5MW。配變?nèi)萘考肮?jié)點間距如下表。

從圖3可以知道，我們可以改變配變負載率來進行仿真，這樣就能得到近似配電網(wǎng)負荷波動的折線圖。

控制后的并網(wǎng)點電壓情況如圖3所示。負載率降低的時候，利用逆變器輸出無功功率，我們就能把節(jié)點電壓降低到我們設(shè)定的標準下;同時DG2準入容量也要減少然后也利用逆變器輸出無功功率，這樣一來節(jié)點的電壓就都會在合適的范圍內(nèi)。

由圖3可知，有功無功綜合控制方案生效后，各節(jié)點電壓均控制在0.95p.u至1.05p.u范圍內(nèi)。

四、結(jié)語

從以上分析可以知道這個方案可以保證有功功率的輸出，還可以確保節(jié)點的電壓不會超過最大的電壓值。這是因為這個方案可以充分發(fā)揮逆變器的無功功率輸出，能夠讓節(jié)點電壓不會越限，如果我們僅僅控制準入容量來進行電壓調(diào)節(jié)，有功輸出就沒辦法保證，就會讓分布式光伏電源的有功功率的輸出減小。以上的分析證明了本方案是有效的。

參考文獻：

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作者簡介：羅益珍（1994—），女，漢族，湖南婁底人，碩士研究生，中級工程師，研究方向：電力系統(tǒng)自動化。