含分布式光伏的配電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)策略

文/王洪波 陳朔 丁亮 張宇翔 謝芝東

1 含分布式光伏的配電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)策略

1.1 光伏站對(duì)系統(tǒng)電壓擾動(dòng)的自適應(yīng)性能

首先，確定以電壓為控制目標(biāo)的控制策略，以逆變器接入?yún)R集母線的電壓平衡為原則。根據(jù)調(diào)度下發(fā)區(qū)域變電站高壓側(cè)母線電壓目標(biāo)Umh_tar，由分布式光伏電站內(nèi)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（裝置），根據(jù)光伏站送出線的阻抗參數(shù)、導(dǎo)納參數(shù)、線路長(zhǎng)度、潮流數(shù)據(jù)，計(jì)及電壓損耗情況下站內(nèi)匯流母線的電壓目標(biāo)值Uml1_tar，再考慮匯流母線到各箱變的集電線路及箱變的電壓損耗后，得到各逆變器的交流側(cè)目標(biāo)電壓Ugn_tar，通過(guò)通信方式下發(fā)至逆變器控制器，完成電壓的控制響應(yīng)。逆變器接入系統(tǒng)等值電路如圖1所示。

逆變器交流側(cè)目標(biāo)電壓計(jì)算過(guò)程如下，先確定光伏電站送出線的電阻R、電抗X、電導(dǎo)G、電納S，以及升壓站主變的變比kzb、逆變器箱變的變比kgi等參數(shù)。相關(guān)計(jì)算公式如下：

其中，輸電線的單位電阻r0、單位電抗x0、單位電納b0，根據(jù)輸電線導(dǎo)線型號(hào)可通過(guò)電氣工程手冊(cè)查得，輸電線路的電阻、電抗、電納根據(jù)以上公式可計(jì)算出來(lái)，低壓輸電線線路一般不會(huì)產(chǎn)生電暈，因而其電導(dǎo)G一般忽略不計(jì)。

主變和箱變變比的確定，可通過(guò)高低壓側(cè)額定電壓之比來(lái)計(jì)算，含有載調(diào)壓變壓器分接頭檔位對(duì)應(yīng)的額定電壓占比，即：

圖1：系統(tǒng)等值電路圖

圖2：電壓無(wú)功損耗及系統(tǒng)潮流示意圖

也可以通過(guò)變壓器副邊匝數(shù)w1和原邊匝數(shù)w2之比確定，含有載調(diào)壓變壓器分接頭檔位位置對(duì)應(yīng)匝數(shù)，即：

線路電壓損耗和功率損耗計(jì)算公式如下：

以逆變器交流側(cè)電壓為控制目標(biāo)的控制流程如下：

（1）數(shù)據(jù)采集，為了提高數(shù)據(jù)采集速率，在站內(nèi)送出線路開始位置進(jìn)行數(shù)據(jù)自采集，包括電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率；

（2）收到調(diào)度下發(fā)的高壓側(cè)目標(biāo)電壓指令后，要對(duì)指令的有效性和范圍進(jìn)行校核，對(duì)不合理的指令要拋棄，維持上一次合理指令，但是下發(fā)的指令要記錄下來(lái)；

（3）根據(jù)光伏站送出線的阻抗參數(shù)、導(dǎo)納參數(shù)、線路長(zhǎng)度、潮流數(shù)據(jù)，計(jì)及電壓損耗情況下站內(nèi)匯流母線的電壓目標(biāo)值Uml1_tar，即：

（4）再考慮匯流母線到各箱變的集電線路的電壓損耗得到各箱變輸出側(cè)目標(biāo)電壓，即：

（5）根據(jù)箱變電壓損耗及變比，計(jì)算出逆變器交流側(cè)目標(biāo)電壓，即：

（6）控制目標(biāo)校核與修正，確保目標(biāo)電壓在逆變器交流側(cè)安全電壓范圍之類；

（7）目標(biāo)電壓下發(fā)至逆變器控制器，逆變器完成快速電壓調(diào)節(jié)，同時(shí)將逆變器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)。

將全站所有逆變器全部設(shè)置為恒電壓和恒功率因數(shù)兩種不同運(yùn)行方式，通過(guò)實(shí)際控制效果對(duì)比，分析電壓控制的穩(wěn)定性和對(duì)系統(tǒng)電壓暫態(tài)擾動(dòng)的響應(yīng)情況，比如電網(wǎng)電壓發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，光伏電站自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制能力，以及恒電壓方式能否增強(qiáng)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定性

1.2 源網(wǎng)協(xié)同控制對(duì)電壓無(wú)功的響應(yīng)能力

源網(wǎng)協(xié)同控制對(duì)配網(wǎng)電壓無(wú)功需求響應(yīng)能力的研究：選擇試點(diǎn)光伏電站，通過(guò)理論分析，研究當(dāng)整站所有逆變器設(shè)置為恒電壓方式下運(yùn)行，且站內(nèi)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程接收電網(wǎng)協(xié)同控制指令，并遙控所有逆變器恒電壓目標(biāo)時(shí)，光伏電站是否能快速響應(yīng)電網(wǎng)電壓無(wú)功需求，并自動(dòng)根據(jù)關(guān)口力率考核要求改變并網(wǎng)點(diǎn)電壓無(wú)功，提升并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)。系統(tǒng)潮流計(jì)算示意圖如圖2所示。

由于分布式光伏的并網(wǎng)位置一般在臨近的區(qū)域變電站，所以計(jì)量點(diǎn)也在該位置，營(yíng)銷的計(jì)量與結(jié)算依據(jù)主要是累加電量和關(guān)口的月平均力率，關(guān)口平均力率低的主要原因是：

首先，光伏逆變器以恒功率因數(shù)(cosφ=1)控制時(shí)，只是保證交流輸出側(cè)無(wú)功恒為零，在功率傳輸過(guò)程中，箱變和線路都會(huì)產(chǎn)生無(wú)功損耗，因而并不能保證在并網(wǎng)位置的無(wú)功恒為零。

其次，由于分布式光伏電站的容量有限、有效發(fā)電時(shí)間遠(yuǎn)小于并網(wǎng)時(shí)間，箱變和線路的無(wú)功功率損耗時(shí)間和并網(wǎng)時(shí)間是一樣的，造成的累加無(wú)功電量和累加有功電量的比值較大，對(duì)應(yīng)的平均功率因數(shù)過(guò)低。

假定光伏電站站內(nèi)無(wú)功補(bǔ)償能力充分，以關(guān)口功率因數(shù)滿足考核要求的前提下，電壓無(wú)功控制策略如下：

（1）以關(guān)口功率因數(shù)cosφ關(guān)口=1為目標(biāo)，確定光伏站內(nèi)匯流母線側(cè)無(wú)功目標(biāo)，即：

（2）接著，再根據(jù)送出線出口處的當(dāng)前無(wú)功和第①步計(jì)算出的匯流母線目標(biāo)無(wú)功值，確定匯流母線處的無(wú)功調(diào)節(jié)量；

（3）然后，根據(jù)匯流母線的無(wú)功電壓靈敏度，確定無(wú)功調(diào)節(jié)量對(duì)應(yīng)的電壓變化量，以及匯流母線的目標(biāo)電壓，并對(duì)目標(biāo)電壓進(jìn)行修正；

（4）隨后，再對(duì)折算到匯流母線的目標(biāo)電壓與按3.4中第③的得到的匯流母線目標(biāo)電壓進(jìn)行比較，根據(jù)電壓和關(guān)口力率目標(biāo)優(yōu)先級(jí)，得到多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果；

（5）再考慮匯流母線到各箱變的集電線路的電壓損耗得到各箱變輸出側(cè)目標(biāo)電壓，即：

（6）根據(jù)箱變電壓損耗及變比，計(jì)算出逆變器交流側(cè)目標(biāo)電壓，即：

（7）控制目標(biāo)校核與修正，確保目標(biāo)電壓在逆變器交流側(cè)安全電壓范圍之類；

（8）目標(biāo)電壓下發(fā)至逆變器控制器，逆變器完成快速電壓調(diào)節(jié)，同時(shí)將逆變器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)。

2 總結(jié)

綜上所述，隨著分布式光伏電站投運(yùn)數(shù)量的快速增長(zhǎng)，做好含分布式光伏的配電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制的工作，對(duì)保證配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。面對(duì)社會(huì)對(duì)清潔無(wú)污染的新能源逐漸增長(zhǎng)的需求，提高對(duì)新能源電壓無(wú)功的運(yùn)行管理水平，對(duì)保障能源供應(yīng)需求具有重要的意義。