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    如何解決光伏并網點電壓越限問題?

    放大字體  縮小字體 發布日期:2019-05-13  來源:維權騎士科技  瀏覽次數:1540
    核心提示:福州大學電氣工程與自動化學院、國網福建省電力有限公司電力科學研究院的研究人員石憲、薛毓強、曾靜嵐,在2019年第3期《電氣技術》雜志上撰文(論文標題為基于有功-無功控

     福州大學電氣工程與自動化學院、國網福建省電力有限公司電力科學研究院的研究人員石憲、薛毓強、曾靜嵐,在2019年第3期《電氣技術》雜志上撰文(論文標題為“基于有功-無功控制的光伏并網點電壓調節方案”)指出,越來越多的分布式光伏發電系統接入配電網,改變了傳統配電網潮流只有單方流動的模式,有可能出現潮流逆流從而導致光伏并網點電壓升高甚至越限,以至于影響了本地的電能質量以及光伏的滲透率。針對電壓升高的問題,本文首先從電力系統功率傳輸理論的角度分析了光伏并網引起電壓越限的機理,改進了傳統的無功調壓策略,避免了線路中出現不必要的無功流動;然后提出了較為方便且具有自適應性的有功限值確定方法,研究了利用光伏自身有功-無功功率綜合控制的并網點電壓調節策略;最后在PSCAD/EMTDC中搭建了分布式光伏并網發電系統的電磁暫態仿真模型,且在仿真中驗證了所提調壓策略的有效性與經濟性。

     

    當前,我國配電網中的分布式光伏并網數量迅速增長,并網容量也不斷提高。光伏的接入改變了傳統配電網潮流只有單方向流動的模式,有可能出現潮流逆流從而導致光伏發電系統的并網點電壓升高甚至越限。電壓越限不僅影響了本地負荷的電能質量問題,而且限制了光伏在配電網中的滲透率,因此有必要對光伏并網點的電壓調節進行研究。

    隨著微電網、智能電網技術的提出,德國、日本等國家推出了新的光伏發電系統并網規范,允許光伏發電系統具有一定的靈活性和主動性,要求光伏并網系統支撐電網的安全可靠運行,特別是允許光伏發電系統可以調整其輸出的有功功率和無功功率,參與系統的電壓和頻率調整。

    我國國家電網公司也出臺相應的光伏發電系統并網技術規范,允許并要求大中型光伏電站具有一定的有功功率和無功功率的控制能力,參與電力系統局部電壓和頻率調整[2-3]。分布式光伏發電系統一般經過逆變器并網運行,在并網環節能夠對光伏輸出的有功功率和無功功率實現解耦控制,可以通過對功率的控制實現對并網點電壓的調整。

    國內外許多學者在這方面進行了一定的研究,德國電氣工程師協會提出了4種分布式光伏逆變器無功控制策略,即恒無功功率Q控制、恒功率因數cos 控制、基于光伏電源有功出力的cos (P)控制和基于并網點電壓幅值的Q(U)控制策略。許多研究人員也都對這些方案進行了相應的總結與改進。

    文獻[4]考慮了以上各方案的優缺點,以無功吸收總量最低為優化目標,提出了Q(U,P)的加權方案,但是只驗證了這種方案在低壓配電網的可行性。文獻[5]利用電壓敏感性矩陣和準靜態分析方法,綜合考慮并網點電壓和注入系統的有功功率,優化了Q(P)方案的參數。文獻[6]將無功器件與光伏逆變器相結合,使得光伏系統的備用無功容量增加為逆變器無功容量的3倍,解決了逆變器無功容量限制的問題,但是增加了整個系統的成本。

    文獻[7]對光伏發電系統基于有功功率和無功功率的電壓調整策略進行了研究,提出了基于瞬時電壓的動態電壓調整策略,該方法能夠有效控制調整并網點的電壓,但是其模型沒有考慮到前級直流側最大功率點電壓變化的情況,同時該方法的經濟性還需驗證。目前的研究大多缺少對逆變器關口功率因數范圍的限制,同時大多數研究把逆變器前端用直流電源來等效,缺乏考慮光伏出力的波動性。針對以上問題,本文側重研究了無功與有功調壓的方案。首先將傳統無功調壓Q(U)控制中的目標電壓設置為一個目標電壓區間,減少了線路中不必要的無功損耗;其次,在有功調壓方案中設計了有功限值的計算方法,使有功上限值設計更為方便,更具有自適應性;最后,將有功與無功調壓方式相結合,提出有功-無功綜合調壓策略。

    圖7 光伏并網系統結構圖

    結論

    通過對光伏接入配電網對并網點電壓影響的分析,以及有功-無功調壓策略的研究與驗證,可得到如下結論:

    1)分布式光伏的接入可能會引起配電網潮流的逆流,因此會導致并網點電壓升高甚至越限的問題。

    2)調壓方案采用基于并網點電壓幅值的無功功率調壓與有功限值調壓相結合的策略。合理設置目標電壓區間,可以避免傳統無功調壓方法所造成的線路中不必要的無功流動問題。采樣電壓上升過程中的兩個時間點的功率與電壓值,以此來計算有功功率的限值,該計算方式具有一定的自適應性。

    3)本文提出的方案解決了光伏并網所引起的并網點電壓越限的問題,具有一定的經濟效益。仿真驗證了該調壓策略的有效性。

    基于有功-無功控制的光伏并網點電壓調節方案

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