含分布式光伏配電網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對配電網電壓的影響機理;并根據線路的具體情況，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整，實現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。仿真結果表明了該方案的合理性。

關鍵詞：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，光伏并網給電網運行帶來電壓波動、諧波污染、系統損耗等問題，影響配網供電質量[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，導致并網點電壓越限[2-4]。可通過減小光伏出力，或利用光伏電源逆變器無功輸出特性來調整線路電壓分布，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引起的電壓越限問題。

二、分布式光伏電源影響配電網電壓機理

分布式光伏電源出力影響并網線路潮流，改變線路的電壓分布。一般地分布式光伏電源并網后配電網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。單個負荷點配變容量為200kVA，總配變容量為4800kVA，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定范圍內，但光伏接入后部分節點電壓越上限，且接入點出最高。

三、光伏接入配電網電壓越限控制

為了防止分布式光伏電源接入導致配電網部分節點電壓越限，可從配網側和光伏電源測入手采取措施來對配電網電壓進行控制。配網側的主要措施有：合理規劃設計光伏電源的接入位置和容量;調整變壓器的分接頭;并網點電抗器補償等，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，如系統網損增大[8]。

（一）有功無功綜合控制策略

控制策略流程如圖1，首先我們根據系統此時刻的狀態就可以計算這個時候最大的準入容量;然后再檢測并網點電壓U。設定無功調壓節點電壓閾值為U=1.05p.u，當并網點電壓不高于1.05p.u，逆變器不發出無功功率，光伏有功出力保持不變。當檢測到并網點電壓高于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節;再根據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，連接節點間的線路型號為LGJ-70。系統配變總容量為5420kVA。該饋線有兩個分布式光伏電源接入，分別在HY11節點及HY43節點接入。DG1、DG2的額定容量分別為10MW、5MW。配變容量及節點間距如下表。

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負荷波動的折線圖。

控制后的并網點電壓情況如圖3所示。負載率降低的時候，利用逆變器輸出無功功率，我們就能把節點電壓降低到我們設定的標準下;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，這樣一來節點的電壓就都會在合適的范圍內。

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

四、結語

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揮逆變器的無功功率輸出，能夠讓節點電壓不會越限，如果我們僅僅控制準入容量來進行電壓調節，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：

[1]楊東軍，趙棟，張利軍，李澤元，崔曉光，胡冰.500kW光伏發電DC-DC變流器及其控制策略的研究[J].電氣傳動2020，（6）：7-10.

[2]石博隆，丁磊明，楊曉雷，黃金波，劉海瓊，鮑威.含分布式光伏的有源配電網無功電壓控制研究[J].浙江電力，2020，39（05）：82-87.

[3]范家銘，夏向陽.光伏發電并網的有功功率控制策略[J].電力科學與技術學報，2019，34（04）：123-128.

[4]劉博立.利用光伏逆變器剩余容量的配電網本地電壓控制策略研究[D].西安理工大學，2019.

[5]李昆.一種用于分布式光伏發電系統的逆變器綜述[J].科學技術創新，2019（14）：158-159.

[6]石憲，薛毓強，曾靜嵐.基于有功-無功控制的光伏并網點電壓調節方案[J].電氣技術，2019，20（03）：50-56+61.

[7]王煜晗.含光伏接入的配電網電壓越界控制方法[D].華北電力大學（北京），2019.

[8]鄧俊，鐘明航，劉坤雄，張小慶，劉博立，同向前.基于光伏并網逆變器功率調整的本地電壓選擇性控制策略[J].電力電容器與無功補償，2019，40（01）：148-153.

[9]高文森，樊艷芳，王一波，張占鋒.串聯直流升壓型光伏電站經VSC-HVDC并網控制策略研究[J].太陽能學報，2019，40（01）：87-95.

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：電力系統自動化。