費(fèi)麗強(qiáng)，趙娜

（1．嘉興電力局,浙江嘉興314033；2．北京和利時(shí)系統(tǒng)工程有限公司,北京 102600）

能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，光伏發(fā)電作為可再生能源的作用與應(yīng)用前景正日益得到社會(huì)的普遍認(rèn)同[1-2]。

光伏發(fā)電作為分布式發(fā)電（Distributed Generation,DG）的一種，其工作特點(diǎn)是將太陽(yáng)能光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合電網(wǎng)要求的交流電之后，直接進(jìn)入公共電網(wǎng)，光伏發(fā)電產(chǎn)生的功率除了供給交流負(fù)載外，多余的功率反饋給電網(wǎng)。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在一般情況下只提供給電網(wǎng)有功功率；負(fù)載的無(wú)功功率一般由電網(wǎng)提供或由專(zhuān)用的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備如靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置SVC，靜止無(wú)功發(fā)生器SVG等提供[3-4]。

分布式光伏電源并入配電網(wǎng)時(shí)會(huì)使得配電線路電壓升高，而分布式光伏電源退出運(yùn)行時(shí)，對(duì)于依靠分布式光伏電源支撐電壓的線路又可能會(huì)使線路末端電壓越限。當(dāng)分布式光伏電源接入或退出運(yùn)行使得配電網(wǎng)電壓越限時(shí)，在不增加設(shè)備的情況下，本文提出利用調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器（OLTC）的分接頭來(lái)改善配電網(wǎng)電壓分布；在調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器（OLTC）無(wú)法滿足的情況下，利用有載調(diào)壓變壓器（OLTC）和靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）復(fù)合式調(diào)節(jié)方式，使從而配電網(wǎng)的電壓分布曲線在更加合理的范圍內(nèi)。

1 基于OLTC與SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)

1.1 基于SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)

分布式光伏電源并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，采用無(wú)功補(bǔ)償與分布式光伏電源并網(wǎng)發(fā)電的復(fù)合式調(diào)節(jié)的控制技術(shù)，能夠有效改善配電網(wǎng)電壓分布[5-7]。其中，SVC安裝在線路合適的地點(diǎn)：一種情況是SVC安裝在分布式光伏電源并網(wǎng)點(diǎn)；另一種情況是SVC安裝在其他需要通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)的節(jié)點(diǎn)（如，線路末端等）。

具體控制技術(shù)如下：當(dāng)分布式光伏電源正常發(fā)電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，可以根據(jù)配電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)要求，通過(guò)分布式光伏電源與SVC補(bǔ)償裝置的復(fù)合式調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)壓。分布式光伏電源既可以發(fā)出有功功率，也可以發(fā)出無(wú)功功率；SVC可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)無(wú)功功率。因此，線路上所傳輸?shù)臒o(wú)功功率可以由分布式光伏電源和SVC共同提供，也可以由SVC單獨(dú)提供通過(guò)分布式光伏電源與動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償器SVC補(bǔ)償裝置的復(fù)合式調(diào)節(jié)，使配電線路電壓滿足供電電壓偏差要求。

1.2 基于OLTC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)

分布式光伏電源并入配電網(wǎng)中會(huì)使得配電線路電壓升高，而分布式光伏電源退出運(yùn)行時(shí)，對(duì)于依靠分布式光伏電源支撐電壓的線路又可能會(huì)使線路末端電壓越限。因此為了保證分布式光伏電源在運(yùn)行和退出運(yùn)行的情況下，配電線路電壓都能夠滿足供電需求，必須考慮調(diào)壓技術(shù)[8]。

有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)整的具體策略如下:

1）若光伏電源并入電網(wǎng)后線路電壓越過(guò)電壓上限，則逐漸升高OLTC高壓側(cè)分接頭檔位i，變壓器變比增大為從而變壓器低壓側(cè)輸出電壓減少為達(dá)到調(diào)節(jié)低壓側(cè)配電網(wǎng)電壓的目的。式中，U1為變壓器高壓側(cè)輸入電壓；U′2為調(diào)整檔位后的變壓器低壓側(cè)輸出電壓；i為變壓器高壓側(cè)分接頭的檔位數(shù)；n′1為變壓器原邊繞組匝數(shù)；n2為變壓器副邊繞組匝數(shù)。

2）當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行的分布式光伏電源出力不足或退出運(yùn)行時(shí)，造成線路電壓越過(guò)電壓下限，則逐漸降低OLTC高壓側(cè)分接頭檔位i，變壓器變比減少為，從而變壓器低壓側(cè)輸出電壓增大為達(dá)到調(diào)節(jié)低壓側(cè)配電網(wǎng)電壓的目的。

3）若線路各節(jié)點(diǎn)電壓均在正常的電壓偏差范圍之內(nèi)，則保持變壓器分接頭檔位不變。

1.3 基于OLTC與SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制綜合技術(shù)

圖1為基于OLTC和SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓復(fù)合式控制示意圖。綜合考慮上述兩種控制策略的優(yōu)劣，在單一調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合，通過(guò)有載調(diào)壓變壓器（OLTC）與靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）復(fù)合式調(diào)節(jié)，可以使電壓偏差控制在允許的范圍之內(nèi)，從而改善配電網(wǎng)的電壓分布。

圖1 基于OLTC與SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制示意圖Fig.1 The voltage control schematic of PV gridconnection power generation based on OLTC and SVC

2 仿真驗(yàn)證

1）基于SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)仿真驗(yàn)證。采用的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，光伏電源安裝在節(jié)點(diǎn)6的位置，圖中用N表示，下同。SVC安裝在相同位置，電壓等級(jí)為10 kV。線路總負(fù)荷pld=10.2 MW，cos準(zhǔn)＝0.92。為了使仿真結(jié)果具有可比性，假設(shè)在各種運(yùn)行工況下，線路始端的電壓始終保持在10.5 kV，在此假設(shè)下進(jìn)行各種仿真并作比較分析。

圖2 含分布式光伏電源的配電網(wǎng)模型Fig.2 The distribution network model with distributed photovoltaic power generation

如圖3中實(shí)線所示，分布式光伏電源與SVC補(bǔ)償裝置均未投入時(shí)，由于配電線路流過(guò)的功率過(guò)大而導(dǎo)致線路電壓降落過(guò)大，配電線路節(jié)點(diǎn)5之后各節(jié)點(diǎn)電壓越下限。這時(shí)，可通過(guò)分布式光伏電源與SVC補(bǔ)償裝置的復(fù)合式調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)壓，如圖3中虛線所示，這樣在節(jié)點(diǎn)6處可支撐線路電壓，保證線路各節(jié)點(diǎn)電壓均滿足供電電壓偏差要求，使配電線路上的電壓分布更加合理。

圖3 分布式光伏電源與SVC復(fù)合式調(diào)節(jié)線路電壓效果圖Fig.3 The voltage chart of distributed photovoltaic power and SVC composite regulation

2）基于OLTC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制技術(shù)仿真驗(yàn)證。這里采用如圖4所示的配電網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行論述，光伏電源安裝在節(jié)點(diǎn)6的位置，其中網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)為110 kV，發(fā)電機(jī)出口側(cè)裝有額定變比為100±2×2.5%/10 kV的有載調(diào)壓變壓器。

圖4 含OLTC的分布式光伏電源配電網(wǎng)模型Fig.4 The distribution network model of distributed photovoltaic power with OLTC

圖5 所示為線路電壓越上限時(shí)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓分布對(duì)比曲線。由圖中實(shí)曲線所示，當(dāng)光伏電源接入配電網(wǎng)時(shí)，由于配電網(wǎng)線路中流過(guò)的功率過(guò)大，使得配電網(wǎng)電壓越上限。通過(guò)調(diào)節(jié)OLTC分接頭檔位，可使配電網(wǎng)電壓調(diào)整到合適水平，如圖5中虛線所示。

圖5 線路電壓越上限時(shí)配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓分布對(duì)比曲線Fig.5 The comparison curves of node voltage distribution when line voltage exceed in the upper limit

由圖6中實(shí)線所示，當(dāng)光伏電源低出力運(yùn)行時(shí)，由于配電網(wǎng)線路中流過(guò)的功率過(guò)小，使得配電網(wǎng)電壓越下限。這時(shí)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)OLTC分接頭檔位，如圖中虛線所示，使配電網(wǎng)電壓調(diào)整到合適水平。

圖6 線路電壓越下限配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓分布對(duì)比曲線Fig.6 The comparison curves of node voltage distribution when line voltage exceed in the lower limit

3）基于OLTC與SVC的光伏并網(wǎng)發(fā)電電壓控制綜合技術(shù)仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果如圖7所示，并在節(jié)點(diǎn)10加裝SVC。由圖可得，當(dāng)含有分布式光伏電源的配電網(wǎng)線路電壓不滿足要求時(shí)，首先考慮通過(guò)有載調(diào)壓變壓器（OLTC）來(lái)調(diào)壓，如果無(wú)法通過(guò)單一的調(diào)節(jié)OLTC分接頭方式實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的時(shí)，則可以加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置（如：SVC），通過(guò)有載調(diào)壓變壓器與SVC復(fù)合式調(diào)節(jié)使線路電壓滿足電能質(zhì)量的要求。

圖7 基于OLTC與SVC的復(fù)合式調(diào)壓效果圖Fig.7 The composite voltage regulating chart based on OLTC and SVC

3 結(jié)論

1）分布式光伏電源在配電線路上以不同位置接入配電網(wǎng)，利用靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）進(jìn)行調(diào)壓后，可以有效地改善配電線路電壓分布曲線，從而使得配電線路各節(jié)點(diǎn)的電壓偏移保持在合格的范圍內(nèi)。

2）在分布式光伏電源并入配電網(wǎng)后，利用有載調(diào)壓變壓器（OLTC）來(lái)改善分布式光伏電源接入配電網(wǎng)時(shí)對(duì)電壓分布影響的控制策略，通過(guò)調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器（OLTC）的分接頭檔位達(dá)到調(diào)節(jié)低壓側(cè)配電網(wǎng)電壓的目的，以改善分布式光伏電源接入配電網(wǎng)對(duì)電壓分布的影響。

3）在單一調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器無(wú)法實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)合，通過(guò)有載調(diào)壓變壓器與靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置（SVC）復(fù)合式調(diào)節(jié)，可以使電壓偏差控制在允許的范圍之內(nèi)，從而改善電網(wǎng)的電壓分布。

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