含分布式光伏的配電網電壓協調控制實現策略

2019-08-23 02:45:20王洪波陳朔丁亮張宇翔謝芝東

電子技術與軟件工程 2019年14期

文/王洪波陳朔丁亮張宇翔謝芝東

1 含分布式光伏的配電網電壓協調控制實現策略

1.1 光伏站對系統電壓擾動的自適應性能

首先，確定以電壓為控制目標的控制策略，以逆變器接入匯集母線的電壓平衡為原則。根據調度下發區域變電站高壓側母線電壓目標Umh_tar，由分布式光伏電站內自動電壓控制系統（裝置），根據光伏站送出線的阻抗參數、導納參數、線路長度、潮流數據，計及電壓損耗情況下站內匯流母線的電壓目標值Uml1_tar，再考慮匯流母線到各箱變的集電線路及箱變的電壓損耗后，得到各逆變器的交流側目標電壓Ugn_tar，通過通信方式下發至逆變器控制器，完成電壓的控制響應。逆變器接入系統等值電路如圖1所示。

逆變器交流側目標電壓計算過程如下，先確定光伏電站送出線的電阻R、電抗X、電導G、電納S，以及升壓站主變的變比kzb、逆變器箱變的變比kgi等參數。相關計算公式如下：

其中，輸電線的單位電阻r0、單位電抗x0、單位電納b0，根據輸電線導線型號可通過電氣工程手冊查得，輸電線路的電阻、電抗、電納根據以上公式可計算出來，低壓輸電線線路一般不會產生電暈，因而其電導G一般忽略不計。

主變和箱變變比的確定，可通過高低壓側額定電壓之比來計算，含有載調壓變壓器分接頭檔位對應的額定電壓占比，即：

圖1：系統等值電路圖

圖2：電壓無功損耗及系統潮流示意圖

也可以通過變壓器副邊匝數w1和原邊匝數w2之比確定，含有載調壓變壓器分接頭檔位位置對應匝數，即：

線路電壓損耗和功率損耗計算公式如下：

以逆變器交流側電壓為控制目標的控制流程如下：

（1）數據采集，為了提高數據采集速率，在站內送出線路開始位置進行數據自采集，包括電壓、電流、有功功率、無功功率；

（2）收到調度下發的高壓側目標電壓指令后，要對指令的有效性和范圍進行校核，對不合理的指令要拋棄，維持上一次合理指令，但是下發的指令要記錄下來；

（3）根據光伏站送出線的阻抗參數、導納參數、線路長度、潮流數據，計及電壓損耗情況下站內匯流母線的電壓目標值Uml1_tar，即：

（4）再考慮匯流母線到各箱變的集電線路的電壓損耗得到各箱變輸出側目標電壓，即：

（5）根據箱變電壓損耗及變比，計算出逆變器交流側目標電壓，即：

（6）控制目標校核與修正，確保目標電壓在逆變器交流側安全電壓范圍之類；

（7）目標電壓下發至逆變器控制器，逆變器完成快速電壓調節，同時將逆變器的實時數據反饋至控制系統。

將全站所有逆變器全部設置為恒電壓和恒功率因數兩種不同運行方式，通過實際控制效果對比，分析電壓控制的穩定性和對系統電壓暫態擾動的響應情況，比如電網電壓發生擾動時，光伏電站自適應協調控制能力，以及恒電壓方式能否增強并網點的電壓穩定性

1.2 源網協同控制對電壓無功的響應能力

源網協同控制對配網電壓無功需求響應能力的研究：選擇試點光伏電站，通過理論分析，研究當整站所有逆變器設置為恒電壓方式下運行，且站內協調控制系統能夠遠程接收電網協同控制指令，并遙控所有逆變器恒電壓目標時，光伏電站是否能快速響應電網電壓無功需求，并自動根據關口力率考核要求改變并網點電壓無功，提升并網點功率因數。系統潮流計算示意圖如圖2所示。

由于分布式光伏的并網位置一般在臨近的區域變電站，所以計量點也在該位置，營銷的計量與結算依據主要是累加電量和關口的月平均力率，關口平均力率低的主要原因是：

首先，光伏逆變器以恒功率因數(cosφ=1)控制時，只是保證交流輸出側無功恒為零，在功率傳輸過程中，箱變和線路都會產生無功損耗，因而并不能保證在并網位置的無功恒為零。

其次，由于分布式光伏電站的容量有限、有效發電時間遠小于并網時間，箱變和線路的無功功率損耗時間和并網時間是一樣的，造成的累加無功電量和累加有功電量的比值較大，對應的平均功率因數過低。

假定光伏電站站內無功補償能力充分，以關口功率因數滿足考核要求的前提下，電壓無功控制策略如下：

（1）以關口功率因數cosφ關口=1為目標，確定光伏站內匯流母線側無功目標，即：