含分布式光伏配电网电压越限控制策略及应用

罗益珍 阳立斌 邓康健 邹旻昊

摘 要：针对湖南某10kV线路光伏电源接入引起电压越限、线损增加问题，分析了分布式光伏电源并网对配电网电压的影响机理;并根据线路的具体情况，提出了有功无功综合控制方案，该方案综合了光伏电源的Q（U，P）逆变器无功输出控制策略和准入容量调整，实现将电压控制在允许的范围，降低线损，且能最大限度确保光伏出力。仿真结果表明了该方案的合理性。

关键词：分布式光伏;电压越限;逆变器;综合控制

一、绪论

分布式光伏出力受温度和光照强度影响具有不确定性，光伏并网给电网运行带来电压波动、谐波污染、系统损耗等问题，影响配网供电质量[1]。

湖南某10kV线路，有额定容量为10MW、5MW的两个分布式光伏电站接入。当线路轻负荷运行时，本地负荷消纳电能小于分布式光伏电源出力，导致并网点电压越限[2-4]。可通过减小光伏出力，或利用光伏电源逆变器无功输出特性来调整线路电压分布，本文提出一种有功无功综合控制方案，以解决该线路因光伏并网引起的电压越限问题。

二、分布式光伏电源影响配电网电压机理

分布式光伏电源出力影响并网线路潮流，改变线路的电压分布。一般地分布式光伏电源并网后配电网整体电压水平有所提高;光伏电源出力一变大，光伏电源接入的地方的电压就会成为这个部分线路电压最高的地方。如果配电线路的负荷比较小，然后他供电的范围也比较小，一旦接入光伏电源，就会让这条线路的一些地方的节点电压升高，就很有可能造成电压越限。

以单个分布式光伏接入的10kV线路为例，搭建10kV配电线路PSASP仿真模型，分析光伏接入前后线路电压分布情况。其中线路首端电压为10.5kV，线路导线型号为LJ-120mm2，线路上共24个负荷点。单个负荷点配变容量为200kVA，总配变容量为4800kVA，配变负载率在0.1～0.6间变化，单个负荷间距离为1.2km，在12#号节点接入3MW的光伏电源。

光伏电源接入前，配变负载率为0.6时，也即重负载时，电压分布逐点下降，末端电压只有9.0kV，低于规定的电压值。接入光伏电源后，线路末端电压分布明显得到提高，因此，重负荷时线路电压因光伏接入而提高得到改善。当负载率只有0.1时，即轻负荷运行时，光伏接入前线路电压分布均在规定范围内，但光伏接入后部分节点电压越上限，且接入点出最高。

三、光伏接入配电网电压越限控制

为了防止分布式光伏电源接入导致配电网部分节点电压越限，可从配网侧和光伏电源测入手采取措施来对配电网电压进行控制。配网侧的主要措施有：合理规划设计光伏电源的接入位置和容量;调整变压器的分接头;并网点电抗器补偿等，这些方法均有不足之处。

利用逆变器的无功输出特性来控制电压，主要控制策略有：恒無功功率控制策略;基于并网点电压的控制策略Q（U）;基于光伏有功功率输出控制策略cosφ（P），这些方法存在各自缺陷，如系统网损增大[8]。

（一）有功无功综合控制策略

控制策略流程如图1，首先我们根据系统此时刻的状态就可以计算这个时候最大的准入容量;然后再检测并网点电压U。设定无功调压节点电压阈值为U=1.05p.u，当并网点电压不高于1.05p.u，逆变器不发出无功功率，光伏有功出力保持不变。当检测到并网点电压高于1.05p.u但低于1.07p.u时，有功出力仍不变，此时逆变器参与电压调节;再根据Q（U，P）控制策略计算出逆变器输出的无功功率，逆变器输出无功，再次检测并网点电压，直至逆变器输出最大无功，此时若电压不低于1.07p.u，则再次计算最大准入容量，进行削减有功出力的操作。

（二）实际应用效果

以10kV线路为例进行仿真，接入光伏电源后简化后的线路拓扑如图2。该馈线总长度为18.7342km，其中，主干线长与支路长度分别为9.118km、9.6162km，连接节点间的线路型号为LGJ-70。系统配变总容量为5420kVA。该馈线有两个分布式光伏电源接入，分别在HY11节点及HY43节点接入。DG1、DG2的额定容量分别为10MW、5MW。配变容量及节点间距如下表。

从图3可以知道，我们可以改变配变负载率来进行仿真，这样就能得到近似配电网负荷波动的折线图。

控制后的并网点电压情况如图3所示。负载率降低的时候，利用逆变器输出无功功率，我们就能把节点电压降低到我们设定的标准下;同时DG2准入容量也要减少然后也利用逆变器输出无功功率，这样一来节点的电压就都会在合适的范围内。

由图3可知，有功无功综合控制方案生效后，各节点电压均控制在0.95p.u至1.05p.u范围内。

四、结语

从以上分析可以知道这个方案可以保证有功功率的输出，还可以确保节点的电压不会超过最大的电压值。这是因为这个方案可以充分发挥逆变器的无功功率输出，能够让节点电压不会越限，如果我们仅仅控制准入容量来进行电压调节，有功输出就没办法保证，就会让分布式光伏电源的有功功率的输出减小。以上的分析证明了本方案是有效的。

参考文献：

[1]杨东军，赵栋，张利军，李泽元，崔晓光，胡冰.500kW光伏发电DC-DC变流器及其控制策略的研究[J].电气传动2020，（6）：7-10.

[2]石博隆，丁磊明，杨晓雷，黄金波，刘海琼，鲍威.含分布式光伏的有源配电网无功电压控制研究[J].浙江电力，2020，39（05）：82-87.

[3]范家铭，夏向阳.光伏发电并网的有功功率控制策略[J].电力科学与技术学报，2019，34（04）：123-128.

[4]刘博立.利用光伏逆变器剩余容量的配电网本地电压控制策略研究[D].西安理工大学，2019.

[5]李昆.一种用于分布式光伏发电系统的逆变器综述[J].科学技术创新，2019（14）：158-159.

[6]石宪，薛毓强，曾静岚.基于有功-无功控制的光伏并网点电压调节方案[J].电气技术，2019，20（03）：50-56+61.

[7]王煜晗.含光伏接入的配电网电压越界控制方法[D].华北电力大学（北京），2019.

[8]邓俊，钟明航，刘坤雄，张小庆，刘博立，同向前.基于光伏并网逆变器功率调整的本地电压选择性控制策略[J].电力电容器与无功补偿，2019，40（01）：148-153.

[9]高文森，樊艳芳，王一波，张占锋.串联直流升压型光伏电站经VSC-HVDC并网控制策略研究[J].太阳能学报，2019，40（01）：87-95.

作者简介：罗益珍（1994—），女，汉族，湖南娄底人，硕士研究生，中级工程师，研究方向：电力系统自动化。