如何解决光伏并网点电压越限问题?

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-05-13  来源:维权骑士科技  浏览次数:202
核心提示:福州大学电气工程与自动化学院、国网福建省电力有限公司电力科学研究院的研究人员石宪、薛毓强、曾静岚,在2019年第3期《电气技术》杂志上撰文(论文标题为基于有功-无功控

 福州大学电气工程与自动化学院、国网福建省电力有限公司电力科学研究院的研究人员石宪、薛毓强、曾静岚,在2019年第3期《电气技术》杂志上撰文(论文标题为“基于有功-无功控制的光伏并网点电压调节方案”)指出,越来越多的分布式光伏发电系统接入配电网,改变了传统配电网潮流只有单方流动的模式,有可能出现潮流逆流从而导致光伏并网点电压升高甚至越限,以至于影响了本地的电能质量以及光伏的渗透率。针对电压升高的问题,本文首先从电力系统功率传输理论的角度分析了光伏并网引起电压越限的机理,改进了传统的无功调压策略,避免了线路中出现不必要的无功流动;然后提出了较为方便且具有自适应性的有功限值确定方法,研究了利用光伏自身有功-无功功率综合控制的并网点电压调节策略;最后在PSCAD/EMTDC中搭建了分布式光伏并网发电系统的电磁暂态仿真模型,且在仿真中验证了所提调压策略的有效性与经济性。

 

当前,我国配电网中的分布式光伏并网数量迅速增长,并网容量也不断提高。光伏的接入改变了传统配电网潮流只有单方向流动的模式,有可能出现潮流逆流从而导致光伏发电系统的并网点电压升高甚至越限。电压越限不仅影响了本地负荷的电能质量问题,而且限制了光伏在配电网中的渗透率,因此有必要对光伏并网点的电压调节进行研究。

随着微电网、智能电网技术的提出,德国、日本等国家推出了新的光伏发电系统并网规范,允许光伏发电系统具有一定的灵活性和主动性,要求光伏并网系统支撑电网的安全可靠运行,特别是允许光伏发电系统可以调整其输出的有功功率和无功功率,参与系统的电压和频率调整。

我国国家电网公司也出台相应的光伏发电系统并网技术规范,允许并要求大中型光伏电站具有一定的有功功率和无功功率的控制能力,参与电力系统局部电压和频率调整[2-3]。分布式光伏发电系统一般经过逆变器并网运行,在并网环节能够对光伏输出的有功功率和无功功率实现解耦控制,可以通过对功率的控制实现对并网点电压的调整。

国内外许多学者在这方面进行了一定的研究,德国电气工程师协会提出了4种分布式光伏逆变器无功控制策略,即恒无功功率Q控制、恒功率因数cos 控制、基于光伏电源有功出力的cos (P)控制和基于并网点电压幅值的Q(U)控制策略。许多研究人员也都对这些方案进行了相应的总结与改进。

文献[4]考虑了以上各方案的优缺点,以无功吸收总量最低为优化目标,提出了Q(U,P)的加权方案,但是只验证了这种方案在低压配电网的可行性。文献[5]利用电压敏感性矩阵和准静态分析方法,综合考虑并网点电压和注入系统的有功功率,优化了Q(P)方案的参数。文献[6]将无功器件与光伏逆变器相结合,使得光伏系统的备用无功容量增加为逆变器无功容量的3倍,解决了逆变器无功容量限制的问题,但是增加了整个系统的成本。

文献[7]对光伏发电系统基于有功功率和无功功率的电压调整策略进行了研究,提出了基于瞬时电压的动态电压调整策略,该方法能够有效控制调整并网点的电压,但是其模型没有考虑到前级直流侧最大功率点电压变化的情况,同时该方法的经济性还需验证。目前的研究大多缺少对逆变器关口功率因数范围的限制,同时大多数研究把逆变器前端用直流电源来等效,缺乏考虑光伏出力的波动性。针对以上问题,本文侧重研究了无功与有功调压的方案。首先将传统无功调压Q(U)控制中的目标电压设置为一个目标电压区间,减少了线路中不必要的无功损耗;其次,在有功调压方案中设计了有功限值的计算方法,使有功上限值设计更为方便,更具有自适应性;最后,将有功与无功调压方式相结合,提出有功-无功综合调压策略。

图7 光伏并网系统结构图

结论

通过对光伏接入配电网对并网点电压影响的分析,以及有功-无功调压策略的研究与验证,可得到如下结论:

1)分布式光伏的接入可能会引起配电网潮流的逆流,因此会导致并网点电压升高甚至越限的问题。

2)调压方案采用基于并网点电压幅值的无功功率调压与有功限值调压相结合的策略。合理设置目标电压区间,可以避免传统无功调压方法所造成的线路中不必要的无功流动问题。采样电压上升过程中的两个时间点的功率与电压值,以此来计算有功功率的限值,该计算方式具有一定的自适应性。

3)本文提出的方案解决了光伏并网所引起的并网点电压越限的问题,具有一定的经济效益。仿真验证了该调压策略的有效性。

基于有功-无功控制的光伏并网点电压调节方案

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