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。     

基于光伏逆变器功率协调控制的电压调节方法

分布式光伏的大量接入会引起接入点出现过电压问题,对逆变器的功率进行控制可以达到调节电压的目的,为此,在深入研究有功功率抑制(active power curtailment ,APC)调压方法和Q(U)与Q(P)等调压方法的基础上,提出了一种协调控制区域内各逆变器输出功率的电压调节方法。该方法将APC与无功功率控制的方法相结合,考虑到各分布式光伏电源之间的协调,采用集中控制的思想,建立典型的约束优化数学模型,使用复合形算法优化求解各逆变器的有功和无功功率指令值,以此保证线路上各节点的电压在规定范围内。最后建立典型的低压配电网模型,对比现有Q(U)和Q(P)控制策略,验证了该方法的优越性。     

基于电压无功协调控制策略的风电并网研究

随着风电在电力系统中渗透率的快速增长,风电并网问题受到越来越多的关注。大规模风电并网造成的电压稳定性问题,是制约风电并网容量的重要因素之一。对风电并网导致的电压稳定性问题进行分析,并采取优化的九区图控制策略(其中无功补偿装置采用的是STATCOM,升压站变压器为OLTC)对并网点进行电压控制,改善并网点的电压稳定性,提高电网接纳风电能力。利用PV曲线法,结合并网点的电压要求,以及风电场内部的风机保护系统,进行风电并网静态电压稳定性的研究;以故障极限切除时间为指标,进行风电并网暂态电压稳定性的研究。通过仿真和计算分析,验证了电压无功协调控制策略在改善并网点的电压稳定性,提高电网接纳风电容量方面的有效性。     

基于光伏逆变器无功调节的低压配电网多模式电压控制

针对大规模户用光伏接入引起的低压配电网电压越限问题,以逆变器无功控制为手段,提出了一种多模式逆变器控制策略,以提高低压配电网对光伏的消纳能力。基于电压灵敏度理论,定义了虚拟注入有功功率的概念,实现了节点有功和无功功率之间的折算。根据节点虚拟注入功率将光伏发电的并网分为过电压抑制、欠电压抑制以及网损和功率因数的优化三种模式。当网络出现过电压(欠电压)运行风险时,以风险的抑制为目标调节逆变器无功功率;当网络运行无风险时,则以网损和功率因数的优化作为逆变器的无功调节依据。此外,为了实现就地的协调控制,结合全网电压灵敏度矩阵建立了不同节点光伏逆变器控制参数的优化模型,实现网络无通信条件下的协调电压控制。仿真结果表明,所提的多模式电压控制方法可以有效地抑制网络电压越限,同时使网络损耗和功率因数也得到优化。     

含分布式光伏发电的中压配电网电压控制策略

随着分布式光伏发电并网规模的不断扩大,由光伏发电功率与负荷之间不平衡引发的逆向潮流导致的电压越限问题日益受到关注。在光伏接入点的电压分析及无功/有功调压分析的基础上,提出了无功/有功协调控制策略,通过光伏逆变器的无功输出补偿及光伏发电量优化管理,实现配电网节点电压的控制。仿真分析结果表明,该策略能在兼顾光伏利用效率和经济性的同时,较好地解决含分布式光伏发电的配电网的电压越限问题。     

分布式光伏系统无功控制策略研究

分布式光伏系统运行状况受环境因素影响,光照强度、温度等外部因素具有波动性和间歇性等特点,使得系统出力具有相同特性。分布式光伏并网规模越来越大,其对电网的影响愈加明显,由于无功不足,电网电压越限问题已成为最主要的问题之一,制约分布式光伏并网规模扩大。提高分布式光伏发电的接纳容量亟需研究分布式光伏并网系统电压越限的控制方法,因此,研究了德国电气工程师协会提出的4种无功功率控制策略,对4种无功控制策略的控制能力进行分析。     

基于协调控制的光伏并网谐波抑制策略

由于电网电压谐波与电网阻抗变化的影响,光伏并网集群系统的稳定性会受到不利影响。针对此问题,此处首先建立光伏并网集群系统模型,利用逆变器输出阻抗模型分析讨论双闭环控制下T型三电平逆变器系统的稳定性能;进而,提出一种协调控制策略,该策略在双闭环控制的基础上引入电网电压加权比例前馈和带相位补偿的QPR调节器,并通过协调控制方法对基波和主要低次谐波进行抑制。最后,通过仿真和实验验证,3台逆变器并网集群系统采用所提协调控制策略后,并网电流总谐波畸变率(THD)下降了4.03%,证明了该策略的有效性。     

光伏并网引起主动配电网电压越限问题研究

针对分布式光伏接入到主动配电网中引起电压越限的问题,分析了光伏并网后配电网电压的前后变化情况,提出了光伏逆变器的控制策略,采用有功和无功功率协调控制方法对光伏接入后不同线路长度、电压负荷、导线横截面积的电压变化进行探究。仿真结果表明:线路电压随光伏接入而增大,且与接入不同线路长度、电压负荷、导线横截面积等有关,通过光伏逆变器控制可以很好地解决光伏并网引起的主动配电网电压越限问题。     

并网光伏逆变器无功控制策略*

并网光伏系统应具备无功功率独立控制能力。分析逆变器发出无功功率最大容量的约束条件,基于两相静止坐标系建立光伏并网系统有功功率、无功功率的控制策略框图。采用基于并网点电压幅值的Q（U）无功功率控制策略,光伏逆变器根据其并网点电压幅值独立调节无功功率输出,抑制并网点电压越限。最后,以Matlab/Simulink仿真和RT-LAB实验验证了理论分析的正确性。     

含分布式光伏的配电网无功电压控制策略研究

随着配电网中分布式光伏等清洁能源渗透率的不断增加,有效地缓解了能源压力。但其并网点的电压越限问题不容忽视,为此,提出了一种含分布式光伏的配电网无功电压自适应控制策略。首先,分析了光伏并网点电压越限的基本原理;其次,针对负荷大扰动和光伏有功功率输出波动性引起的电压越限问题,分别提出自适应控制策略,通过降低光伏逆变器的有功功率以及增加无功功率的调节能力提高控制效果;最后,结合仿真算例进行分析,结果表明所提策略可以有效降低并网点电压,证明了所提策略的有效性。     

光伏并网发电系统的低电压穿越控制策略

为提高光伏并网发电系统的低电压穿越能力,提出一种基于电压定向矢量控制的低电压穿越(Low Voltage Ride-Through,LVRT)控制策略。该策略对光伏逆变器进行电压定向矢量控制,实现有功和无功功率解耦,在电网电压跌落期间,采用直流卸荷电路稳定直流侧电压,根据电压的跌落深度补偿一定的无功功率以支撑电压恢复。通过PSCAD/EMTDC软件对采取LVRT控制策略前后的各电气量进行比较分析,结果表明,采用该策略光伏发电系统可以在电压跌落时保持并网运行,并补偿一定的无功功率以恢复并网点电压,实现低电压穿越。     

三相光伏并网发电系统无功控制策略研究

三相光伏并网发电系统通常采用单位功率因数控制,一般情况下只为电网提供有功功率,并保证其具有较高的功率因数。为了提高光伏并网发电系统故障时的无功电压控制能力,首先在直流电容侧加入DC-Chopper来抑制故障情况下直流母线电压的大幅波动,使光伏逆变器能够工作在安全稳定的范围内,接着采用将无功功率补偿与光伏并网发电相结合的控制方式,使光伏并网发电系统在向电网提供有功功率的同时也能够为电网提供所需的无功功率。然而光伏并网发电系统自身无功补偿能力有限,装设STATCOM将使系统的无功电压控制能力得到了进一步的提高。     

不平衡电网电压下光伏并网逆变器滑模直接电压/功率控制策略

不平衡电网电压下,光伏并网逆变器的输出功率和输出电流都将产生波动,给电力系统的稳定运行造成不利影响。根据光伏并网系统的数学模型,提出了光伏并网逆变器基于滑模控制的直接电压/功率控制策略。该控制策略可在电网电压不平衡时有效抑制并网逆变器输出有功功率和无功功率的波动。根据光伏并网逆变器输出功率和正、负序电流的关系,提出了以消除负序电流为控制目标的改进控制策略。此外,为提高系统的运行性能,提出了功率电流协调控制策略。最后,对所提出的控制策略进行了仿真分析,仿真结果验证了所提出控制策略的有效性。     

基于电压定向直接功率控制的光伏并网逆变器

将基于电压定向直接功率控制用于光伏并网逆变器的控制策略,引入电网电压和瞬时功率的估算概念,并将并网逆变器输出的瞬时有功功率和无功功率作为被控量进行功率的直接闭环控制。系统无需检测输入变压器二次侧的电网电压,省去了电网电压传感器,从而不仅克服了电流控制方案的不足问题,还降低了成本,而且系统具有鲁棒性好、控制结构简单等优点。分析了电压定向直接功率控制的原理,设计了并网逆变器的具体参数,并给出了仿真和实验结果。     

光伏电站参与电网主动调压的无功优化控制方法

随着光伏发电渗透率以及系统对电能质量要求的提高,常规电源电压调节能力不足,而光伏电站因具有一定的无功容量而具备主动参与电网调压的潜力。在分析光伏电站电压调节特性的基础上,提出光伏电站参与电网主动调压的控制方法;针对光伏电站有功出力与电网负荷大小之间的矛盾性,引入光伏电站负载率和区域电网负荷率的概念,进而确定光伏电站主动调压的控制原理及目标;在此基础上,建立自上而下的光伏电站双层无功优化模型,上层优化模型用于跟踪并网点电压控制目标,下层优化模型将上层优化结果在各组无功补偿单元之间进行优化分配,实现光伏电站参与电网主动调压的精细化控制。以某地区电网为例,验证了所提方法的有效性。     

逆变器侧电流反馈的LCL型三相光伏并网逆变器解耦控制

为了实现LCL型三相光伏并网逆变器dq轴的解耦控制,同时提高系统的动态响应速度,在同步旋转坐标系下,提出一种适用于逆变器侧电流反馈的前馈解耦控制策略。并在电压外环中引入光伏阵列功率前馈、电流内环中引入电网电压前馈。视各耦合项为扰动,采用闭环传递函数的求解方法以获取实现解耦控制的前馈系数,同时分析了滤波器参数在发生变化时其对dq轴解耦效果的影响。通过Matlab建立系统仿真模型,仿真结果表明:所提解耦控制策略使LCL型三相光伏并网逆变器不仅实现了dq轴的解耦控制,而且在保证强鲁棒性及高入网电流质量条件下具有良好的动、静态性能。     

变电站电压无功综合控制(VQC)装置的应用

电力系统的负荷需要消耗大量的无功功率,而无功功率平衡要满足众多的接点电压,这就需要分级分层就地平衡。地区电网的电压无功控制．主要是控制其管辖范围内的各级变电站,使电网的电压合格,并实现无功就地平衡．降低网损,节约能源。这样,就要大力推动电压无功综合控制装置（VQC）在变电站的广泛应用,为此．对电压无功综合控制装置的实现方式、控制原理、控制方式以及控制策略进行了阐述,并提供了在变电站实际应用的工程方案。     

基于功率前馈的单相光伏并网控制策略

根据单相光伏并网逆变器的特点,针对两级式拓扑结构,对传统的双环控制方式(电压外环、电流内环)进行了详细分析,在此基础上提出一种基于输入功率前馈环节的新型光伏并网逆变器控制算法。该算法将光伏板输出功率作为前馈量加入到电流内环,使电流环给定含有输入功率信息。通过分析,该算法能有效提高传统控制方式输出电流对输入功率发生变化时的响应速度,使系统的动态响应性能更加优越。通过Matlab/Simulink对所设计算法进行了仿真分析,并给出有/无功率前馈环节输出电流对输入功率变化响应的对比,结果显示了该算法的有效性。同时设计1 kW试验样机,试验结果表明样机的动态响应特性也有明显的提高,进而证明了理论分析的正确性。     

计及风电场静态电压稳定性的VMP系统无功电压控制策略研究

随着规模化、集群化风电基地的初步建成,风电作为一种清洁高效的能源得到了快速的发展,但短时间内大规模风电场集中接入电网,给电网的功率平衡带来扰动,造成了电网电压的不稳定。针对风电场并网后的电压控制问题,研究了大规模风电场并网的静态电压稳定机理。并在现有调压手段的基础上,通过适时调整风电机组无功出力,升压站变压器抽头以及调无功补偿装置,进一步提出了基于分层管理的无功功率/电压控制策略,并将该策略嵌入到风电场电压/无功自动管理平台(VMP)。通过新疆某地区风电场现场试验发现,该控制策略能够改善低电压穿越期间无功表现,提高风电场无功电压的稳定性,同时避免了功率振荡的产生。该研究结果可以为风电场无功电压协调控制的理论研究和工程实际提供参考依据。     

光伏并网逆变器的定频滞环电流控制新方法

提出一种用于光伏发电系统与公用电网并网的逆变器定频滞环电流控制新方法,该方法首先基于电网线电压空间矢量将复平面分为6个扇区,在每个扇区内实现两相开关解耦分别控制相应的线电流;然后,在控制相的下一个线电流误差周期到来时,计算并调节下一周期的滞环宽度以达到定频滞环电流跟踪,改善输出电流波形,提高控制精度。该方法的主要特点是不需要额外的模拟电路便可以实现开关频率的稳定。利用Matlab进行建模,仿真结果证明了该方法对稳定滞环开关频率是有效的,同时也表明该方法应用于光伏并网逆变器是可行的。