高比例分布式光伏并网无功电压控制方法综述

随着我国光伏装机容量逐年提高以及整县光伏试点工作的全面开展，分布式光伏并网渗透率提升迅速，高渗透率对配电网电能质量的影响日益凸显。其中，光伏并网点的电压越限问题严重威胁配电网安全运行，面向光伏的无功电压控制方法研究是未来光伏能否大规模并网的关键，目前对于无功电压控制技术仍处于广泛研究阶段，因此对现有光伏无功电压控制技术研究进行归纳总结。首先对光伏系统的光伏电池本体和光伏并网逆变器建模，随后分析单一及多光伏源配电网接入对有功功率、无功功率以及电压的影响，最后从无功电压调节速度、调节裕度、设备投资、安全性等多个角度对各类无功控制方法优缺点进行综述对比，并对未来高比例分布式光伏并网无功电压控制研究提出展望。     

分布式光伏电源与配电网协调控制策略研究

针对分布式光伏电源的消纳问题和接入中低压配电网引起的配电网安全运行问题,研究了分布式光伏电源的模型及控制机制,并对配电网电压的控制方法进行了分析;在此基础上,提出了一种分布式光伏电源有功-无功解耦和对配电网电压分区控制的协调控制策略;最后在DigSilent软件平台上搭建了含分布式光伏电源的IEEE33节点配电网模型对策略进行了仿真验证。该策略对提高分布式光伏电源的消纳能力,保证配电网的安全运行,有一定的参考价值。     

分布式光伏接入下配电网输出电压振荡抑制研

为使分布式光伏接入下配电网的输出电压稳定且不出现越限行为,对分布式光伏接入下配电网输出电压振荡抑制方法进行研究。构建分布式光伏接入下配电网运行模型,采用基于无功/有功协调控制的电压振荡抑制方法,经逆变器无功功率补偿方案,实现光伏接入节点的无功补偿,保证配电网输出电压稳定;如果逆变器无功功率为最大值时的输出电压仍出现振荡模式,则采用基于灰狼寻优算法的有功功率控制方法,获取可以保证输出电压振荡幅度最小的有功功率削减值,均衡光伏发电功率,抑制分布式光伏接入下配电网输出电压的振荡。经实验测试表明：该方法抑制下配电网输出电压稳定,不存在异常振荡模式。     

挖掘光伏无功能力的配电网无功电压协调控制策略

在高渗透光伏接入多电压等级配电网中,针对低压分布式光伏无功能力没有被充分利用和高/中/低压配电网无功电压未整体协调优化的问题,提出了一种充分挖掘光伏无功能力的多电压层级配电网无功电压协调控制策略。在低压配电网中,对于暂不具备通信网络,无法实现统一调度的光伏逆变器,采用3种就地自主电压控制模式进行实时无功电压控制;在多电压层级配电网无功电压协调控制模型中,考虑包括具备通信网络的光伏逆变器在内的各种无功源,建立电压分区和主导节点选择模型,设计上层全局优化和下层分区优化的双层协调控制策略,该策略充分挖掘了光伏无功对配电网电压的调节能力,实现对整个配电网的无功电压精准控制。将所提策略应用于江苏某220 kV主变区域实际系统,验证了其无功电压控制和消纳光伏发电的优势。     

含分布式光伏发电的配电网电压越界调节策略

针对含高渗透分布式光伏发电的配电网电压越限问题,可充分利用并网光伏逆变器的无功调压能力。提出2种接入中低压配电网的分布式光伏发电的输出电压调节策略,第1种策略基于各光伏发电接入节点的电压-功率灵敏度,根据电压越界程度选择灵敏度大的光伏发电节点,调整其无功输出,当仍不能满足电压要求时,部分场景可以继续调整其有功输出;第2种策略以有功网损最小为目标,对配电网中各分布式光伏发电的无功和有功出力进行优化,在保证电压越界得到有效调节的同时,实现配电网经济运行。通过IEEE 33节点系统进行两种场景的模拟,验证分析了2种策略的有效性。     

含可再生分布式电源参与调控的配电网动态分区实时无功优化方法

可再生分布式电源高比例接入,其出力随机性叠加负荷波动性,极大地增加了配电网无功电压调控难度。结合风电、光伏等可再生分布式电源的动态无功调节特性,提出配电网动态分区实时无功优化方法。基于配电网辐射状结构特性,根据支路末端节点性质逆向初步合并,以最大模块度函数为衡量指标进行初始分区,并根据实时运行状态和无功储备约束调整分区,形成可满足动态无功调节的最佳分区方案,然后执行分区实时无功电压调控。最后,以IEEE33节点系统为例通过MATLAB编程进行仿真分析,结果表明:日内实时控制与动态分区相结合,有效提高系统无功电压控制快速性和精确性。     

基于快速搜索与发现密度峰值聚类算法的含有分布式光伏的配电网电压分区协调控制

随着大量分布式光伏并入配电网,重要负荷节点电压越限的紧急情况更容易发生,这对当前潮流状态下电压控制的快速性提出了更高的要求。考虑电压集中控制方式控制过程复杂且传统的分区方法耗时较长等问题,首先以节点间的综合电压灵敏度为基础计算节点电气距离,根据电气距离构建节点相似度矩阵,并采用快速搜索与发现密度峰值聚类算法对配电网进行快速分区;然后考虑本地光伏独立调压能力的不足,提出了一种先无功后有功的电压分区协调控制策略;最后通过IEEE33配电网算例的仿真结果验证了该分区方法的快速性和电压分区协调控制策略的有效性。     

基于CPSOGSA算法的风-光-小水电微电网负荷频率 最优 鲁棒控制

在构建以新能源为主体的新型电力系统背景下,分布式光伏呈现高比例渗透趋势。光伏出力的波动性易引起配电网电压越限和三相不平衡问题,同时光伏逆变器的剩余容量又具有无功主动支撑作用,有利于改善电压质量。而且配电网阻感比大、电压与有功耦合明显,导致配电网电压受光伏有功无功的综合影响而更加复杂。从电压适应性角度研究配电网接纳三相和单相分布式光伏的承载能力。首先,按统计学原理分别建立最大值、期望值和众数值等反映电压质量的统计特征指标,并从光伏渗透率和接入分散程度两方面描述分布式光伏的接入特征。其次,基于历史天气数据构建典型日场景,考虑光伏主动参与无功支撑作用,运用随机模拟分析得出各节点电压质量统计指标。最后,采用AHP-CRITIC组合赋权法分别对电压偏差和不平衡指标进行一定的加权组合,综合反映电压适应性。应用OpenDSS软件进行算例分析,结果验证了所提方法的有效性。     

含分布式电源的配电网双层分区调压策略

针对高渗透的分布式电源(DG)在配电网络中造成逆功率潮流引起的电压越限问题,提出了一种基于改进Fast-Newman算法的配电网双层分区调压策略。改进的Fast-Newman算法引入了考虑DG接入位置以及无功/有功-电压灵敏度矩阵的改进模块度增量,可将分布式配电网进行更为细致合理的划分。双层分区调压策略首先通过改进的Fast-Newman算法分别针对无功补偿(RPC)与有功削减(APC)对配电网进行分区。而后在分区结果中进一步筛选节点组成优先调节节点集。最后为应对高渗透DG配电网的复杂潮流造成的非线性复杂解空间的问题,使用PSO算法分别计算优先调节节点集中各节点的RPC与APC最佳调度值,以优化DG注入点潮流,实现无功/有功调整的合理组合。所提方法在IEEE33节点以及改进的IEEE123节点上进行案例研究,通过与非分区电压调整模型对比,表明该策略通过调度少量节点的RPC与APC,即可达到全网电压调整的目的,且调整后的节点电压更为平稳。     

主动配电网多级无功电压协调控制研究

分布式光伏大量接入配电网后电压越限问题成为影响电网安全稳定运行的关键因素。为了适应高渗透率、大规模分布式光伏的接入,提高系统调压能力,本文依据主动配电网内调压资源特性的不同,对其进行了分类分级处理,提出了主动配电网多级无功电压控制策略,即分别利用小容量分布式光伏、光伏电站无功、传统VQC装置和光伏电站有功实现系统一、二、三、四级调压。其中,针对小容量分布式光伏所采用的分散式就地控制策略,提出了基于并网点电压和光伏实际有功出力的cosφ(U、P)控制模型。最后,基于改进的IEEE33节点算例进行了仿真,仿真结果表明本文所提出的四级调压策略,充分利用了主动配电网内分散的调压资源,有效减少了VQC装置动作次数,并改善了配电网电压水平。     

基于分布式共识协同的光伏逆变器电压控制策略研究

为了解决大规模分布式光伏接入配电网导致光伏并网点出现电压越限问题,提出了一种基于分布式共识协同(distributed consensus collaboration, DCC)的光伏逆变器电压控制方法。光伏逆变器电压控制采用基于功率调节的下垂控制模式,利用下垂控制调节光伏的有功功率与无功功率,实现对光伏并网点电压的控制。分布式协同共识是将接入系统的光伏有功功率输出与光伏最大输出跟踪比作为状态变量,通过分布式共识协同算法实现下垂控制启动参数的调整和光伏逆变器之间的电压协同控制。通过一个含分布式光伏的真实馈线系统进行算例验证,基于德国DIgSILENT软件进行仿真。结果表明,所提电压控制方法能有效抑制光伏并网点的电压越限问题,并在电压调节过程中降低光伏有功功率出力的削减,提升光伏逆变器的无功功率调节量。     

分布式光伏并网电压和功率因数协调控制策略

为应对分布式光伏并网引起的电压越限和功率因数超标问题,提出了一种改进的分布式光伏并网电压和功率因数协调控制策略。该策略包括电压控制策略和功率因数控制策略,电压控制策略采用优先控制光伏发出的无功功率,当无功容量不足时降低有功功率的方法调节并网点电压;功率因数控制策略控制光伏发出的无功功率以调节用户考核点功率因数。针对2种控制策略分别设计了比例积分控制器,最后通过算例,在RT-LAB仿真环境中验证了所提控制策略的有效性。     

主动配电网自动电压控制系统架构设计

针对配电网中引入大量分布式电源后运行特性和无功电压特性与传统配电网的显著差别,提出了基于配电自动化系统的主动配电网自动电压控制系统架构。以馈线实时拓扑连接为基础,提出以无功可调设备为控制对象的自治控制区域划分方法。设计了以自治控制区域作为控制单元的电压无功控制策略,包括电压控制分区策略、电压越限控制策略、馈线无功越限控制策略及与其他系统的协调控制策略和安全闭锁策略,并给出了主动配电网自动电压控制系统的整体流程。结合实际案例验证了文中所述主动配电网自动电压控制系统架构是一种在配电自动化系统层面进行电压无功控制的有益探索。     

考虑光伏利用效率的中低压配电网电压抬升抑制方法

随着配电网中光伏电源数量的增多以及容量的增大而产生的电压抬升问题会威胁到电网稳定,同时也是阻碍提高电网中可再生能源所占比例的主要原因之一。分布式电源的间歇性和随机性会造成电网电压出现波动,而越靠近电网末端,电压抬升现象愈加严重。文中分析了电压抬升现象产生的原因,找到电网电压与功率之间的关系。并针对电压抬升问题,提出了一种有功无功协调控制策略,通过合理控制光伏并网逆变器输出功率来对电压进行调整。同时,与传统无功功率控制策略和有功功率削减策略进行比较,在维持电压稳定的同时,能尽可能少地削减有功功率,提高运行效率。最后,采用IEEE 13节点测试配电网对所提控制方法进行了验证。     

配电网电压控制的分布式光伏无功仿射可调鲁棒优化方法

随着高比例分布式光伏发电并网引发的配电网电压波动越限问题,提出基于仿射可调鲁棒优化的分布式光伏无功功率调节方法。首先,通过建立以配电网有功网损和节点电压偏差最小化的综合优化模型,采用多面体线性化方法将综合优化模型转化为二次规划模型。然后,在考虑分布式光伏有功出力预算不确定性集的基础上,通过对偶变换将鲁棒优化模型转化为确定性的二次规划模型。在含高比例分布式光伏的IEEE-33和IEEE-123节点的配电系统仿真结果表明,与分布式光伏零无功调节相比,所提出的仿射可调鲁棒优化方法较传统的鲁棒优化方法能大幅度地改善网损和节点电压优化结果,具有较低的保守性,最为接近蒙特卡洛仿真结果。     

基于PQ-QV-PV节点的光储输出功率主动控制方法

光伏接入配电网易产生电压越限问题,储能的有功调压能力和光伏逆变器的无功调压能力可向配电网提供有功和无功支撑,以减少电压越限并提高光伏的渗透率。通过分析光伏出力波动时光伏逆变器和储能对光伏并网点的电压调节机理,提出了一种基于PQ-QV-PV节点转换的光储输出功率主动控制方法。该方法首先给各个光伏并网点设置一个较小的电压波动范围,其次依照所提的主动控制策略将光伏并网节点类型根据并网点电压水平依次在PQ、QV和PV节点之间进行转换,从而在考虑减少网损的基础上将并网点电压限制在较小的范围内。仿真分析结果表明,该方法能很好地解决光伏接入下的电压越限问题。     

光伏并网系统参与电压调节的有功和无功协调控制策略研究

针对配电网线路阻抗大、分布式光伏并网系统无功调压能力有限,导致光伏电源在有功出力较大时并网点(PCC)电压越上限问题,在深入分析光伏系统PCC电压特性基础上,提出一种光伏逆变器有功和无功协调控制策略。在该控制策略下,光伏系统实时跟踪监测PCC电压变化,PCC电压不越限时,逆变器按最大功率点跟踪(MPPT)输出;PCC电压越上限时,优先利用逆变器剩余容量进行无功调压,若剩余容量不足,调节逆变器有功输出,并动态计算有功、无功最佳输出值,保证将PCC电压调节至满足要求的前提下,实现逆变器有功输出最大化、无功输出最佳化。算例结果验证了控制策略的有效性。