含分布式光伏的配电网电压协调控制实现策略

文/王洪波 陈朔 丁亮 张宇翔 谢芝东

1 含分布式光伏的配电网电压协调控制实现策略

1.1 光伏站对系统电压扰动的自适应性能

首先，确定以电压为控制目标的控制策略，以逆变器接入汇集母线的电压平衡为原则。根据调度下发区域变电站高压侧母线电压目标Umh_tar，由分布式光伏电站内自动电压控制系统（装置），根据光伏站送出线的阻抗参数、导纳参数、线路长度、潮流数据，计及电压损耗情况下站内汇流母线的电压目标值Uml1_tar，再考虑汇流母线到各箱变的集电线路及箱变的电压损耗后，得到各逆变器的交流侧目标电压Ugn_tar，通过通信方式下发至逆变器控制器，完成电压的控制响应。逆变器接入系统等值电路如图1所示。

逆变器交流侧目标电压计算过程如下，先确定光伏电站送出线的电阻R、电抗X、电导G、电纳S，以及升压站主变的变比kzb、逆变器箱变的变比kgi等参数。相关计算公式如下：

其中，输电线的单位电阻r0、单位电抗x0、单位电纳b0，根据输电线导线型号可通过电气工程手册查得，输电线路的电阻、电抗、电纳根据以上公式可计算出来，低压输电线线路一般不会产生电晕，因而其电导G一般忽略不计。

主变和箱变变比的确定，可通过高低压侧额定电压之比来计算，含有载调压变压器分接头档位对应的额定电压占比，即：

图1：系统等值电路图

图2：电压无功损耗及系统潮流示意图

也可以通过变压器副边匝数w1和原边匝数w2之比确定，含有载调压变压器分接头档位位置对应匝数，即：

线路电压损耗和功率损耗计算公式如下：

以逆变器交流侧电压为控制目标的控制流程如下：

（1）数据采集，为了提高数据采集速率，在站内送出线路开始位置进行数据自采集，包括电压、电流、有功功率、无功功率；

（2）收到调度下发的高压侧目标电压指令后，要对指令的有效性和范围进行校核，对不合理的指令要抛弃，维持上一次合理指令，但是下发的指令要记录下来；

（3）根据光伏站送出线的阻抗参数、导纳参数、线路长度、潮流数据，计及电压损耗情况下站内汇流母线的电压目标值Uml1_tar，即：

（4）再考虑汇流母线到各箱变的集电线路的电压损耗得到各箱变输出侧目标电压，即：

（5）根据箱变电压损耗及变比，计算出逆变器交流侧目标电压，即：

（6）控制目标校核与修正，确保目标电压在逆变器交流侧安全电压范围之类；

（7）目标电压下发至逆变器控制器，逆变器完成快速电压调节，同时将逆变器的实时数据反馈至控制系统。

将全站所有逆变器全部设置为恒电压和恒功率因数两种不同运行方式，通过实际控制效果对比，分析电压控制的稳定性和对系统电压暂态扰动的响应情况，比如电网电压发生扰动时，光伏电站自适应协调控制能力，以及恒电压方式能否增强并网点的电压稳定性

1.2 源网协同控制对电压无功的响应能力

源网协同控制对配网电压无功需求响应能力的研究：选择试点光伏电站，通过理论分析，研究当整站所有逆变器设置为恒电压方式下运行，且站内协调控制系统能够远程接收电网协同控制指令，并遥控所有逆变器恒电压目标时，光伏电站是否能快速响应电网电压无功需求，并自动根据关口力率考核要求改变并网点电压无功，提升并网点功率因数。系统潮流计算示意图如图2所示。

由于分布式光伏的并网位置一般在临近的区域变电站，所以计量点也在该位置，营销的计量与结算依据主要是累加电量和关口的月平均力率，关口平均力率低的主要原因是：

首先，光伏逆变器以恒功率因数(cosφ=1)控制时，只是保证交流输出侧无功恒为零，在功率传输过程中，箱变和线路都会产生无功损耗，因而并不能保证在并网位置的无功恒为零。

其次，由于分布式光伏电站的容量有限、有效发电时间远小于并网时间，箱变和线路的无功功率损耗时间和并网时间是一样的，造成的累加无功电量和累加有功电量的比值较大，对应的平均功率因数过低。

假定光伏电站站内无功补偿能力充分，以关口功率因数满足考核要求的前提下，电压无功控制策略如下：

（1）以关口功率因数cosφ关口=1为目标，确定光伏站内汇流母线侧无功目标，即：

（2）接着，再根据送出线出口处的当前无功和第①步计算出的汇流母线目标无功值，确定汇流母线处的无功调节量；

（3）然后，根据汇流母线的无功电压灵敏度，确定无功调节量对应的电压变化量，以及汇流母线的目标电压，并对目标电压进行修正；

（4）随后，再对折算到汇流母线的目标电压与按3.4中第③的得到的汇流母线目标电压进行比较，根据电压和关口力率目标优先级，得到多目标优化结果；

（5）再考虑汇流母线到各箱变的集电线路的电压损耗得到各箱变输出侧目标电压，即：

（6）根据箱变电压损耗及变比，计算出逆变器交流侧目标电压，即：

（7）控制目标校核与修正，确保目标电压在逆变器交流侧安全电压范围之类；

（8）目标电压下发至逆变器控制器，逆变器完成快速电压调节，同时将逆变器的实时数据反馈至控制系统。

2 总结

综上所述，随着分布式光伏电站投运数量的快速增长，做好含分布式光伏的配电网电压协调控制的工作，对保证配电网的稳定运行具有重要意义。面对社会对清洁无污染的新能源逐渐增长的需求，提高对新能源电压无功的运行管理水平，对保障能源供应需求具有重要的意义。