易浩民，夏向陽(yáng)，李經(jīng)野，王尚寧，李明德，劉代飛，王愷，黃海，湯賜，李正曦

(1. 長(zhǎng)沙理工大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410114；2. 青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧，810008；3. 國(guó)家輸變電電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心(籌)，湖南 衡陽(yáng)，430400)

基于無(wú)功功率和儲(chǔ)能平衡的配網(wǎng)饋線電壓控制

易浩民1，夏向陽(yáng)1，李經(jīng)野1，王尚寧2，李明德3，劉代飛1，王愷3，黃海3，湯賜1，李正曦2

(1. 長(zhǎng)沙理工大學(xué) 電氣與信息工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙，410114；2. 青海省光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧，810008；3. 國(guó)家輸變電電器產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心(籌)，湖南 衡陽(yáng)，430400)

針對(duì)屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)接入低壓配電饋線引起的配網(wǎng)電壓不穩(wěn)定問(wèn)題，在滿足低壓饋線的電壓波動(dòng)機(jī)理的前提下，考慮配網(wǎng)線路容量和逆變器容量不變的特性，提出一種無(wú)功、有功、儲(chǔ)能三者相結(jié)合的控制方法，以防止低壓饋線電壓失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生。該策略首先利用光伏逆變器自身的剩余容量吸收無(wú)功功率，在一定程度上改善配網(wǎng)饋線的電壓分布，然后運(yùn)用有功控制得出每個(gè)光伏系統(tǒng)的功率輸出。研究結(jié)果表明：在過(guò)電壓情況下，可將多余功率通過(guò)光伏發(fā)電系統(tǒng)自身的蓄電池儲(chǔ)能吸收，于高負(fù)載需求或夜間電壓跌落時(shí)將儲(chǔ)能釋放，提高電網(wǎng)對(duì)新能源的消納能力和新能源的輸出功率；新型無(wú)功、有功、儲(chǔ)能三者協(xié)同的功率優(yōu)化方案不僅具有使饋線電壓平衡的能力，而且具有更高的光伏利用效率，適用于未來(lái)大規(guī)模光伏接入配網(wǎng)的環(huán)境。

光伏發(fā)電系統(tǒng)；電壓平衡；無(wú)功控制；儲(chǔ)能

隨著能源與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，電網(wǎng)從傳統(tǒng)城市電網(wǎng)或孤立電網(wǎng)為主的第1代電網(wǎng)跨越到以交直流互聯(lián)輸電的大電網(wǎng)為主的第2代電網(wǎng)，并發(fā)展到目前以大型主干電網(wǎng)與局域網(wǎng)微網(wǎng)相結(jié)合的第3代電網(wǎng)。能源利用形式則相應(yīng)地從傳統(tǒng)的燃煤、油氣、小水電等小機(jī)組發(fā)展到以化石、核電，水電為主的大機(jī)組，到現(xiàn)在骨干電源與清潔能源相結(jié)合的發(fā)電形式，未來(lái)將會(huì)有越來(lái)越多的光伏等分布式能源接入主動(dòng)配電網(wǎng)，成為配電網(wǎng)發(fā)展的重要趨勢(shì)[1?2]。我國(guó)通過(guò)行政手段再次明確要求完善新能源和分布式電源接入體系，提出有序建設(shè)主動(dòng)配電網(wǎng)、微電網(wǎng)，鼓勵(lì)應(yīng)用分布式多能源互補(bǔ)、發(fā)電功率預(yù)測(cè)等方式，提高分布式電源與配電網(wǎng)協(xié)調(diào)能力[3]。分布式電源如光伏接入配電網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)能量就地消納，避免了傳統(tǒng)能源經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸送的損耗。但由于其輸出受外在環(huán)境影響大，同時(shí)光伏發(fā)電系統(tǒng)包括許多電力電子開關(guān)器件，引起諸如三相不平衡、諧波污染和電壓不穩(wěn)定等電能質(zhì)量問(wèn)題，既給電網(wǎng)用戶和電力部門造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，又影響了電網(wǎng)的正常運(yùn)行。在新能源高滲透率的電網(wǎng)中，過(guò)電壓是限制新能源并網(wǎng)的主要原因之一，處于低負(fù)荷和光照充足情況下的配電網(wǎng)可能會(huì)出現(xiàn)功率的反向流動(dòng)而導(dǎo)致饋線過(guò)電壓[4?5]，許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了有關(guān)分布式電源接入配網(wǎng)后對(duì)饋線電壓的影響的研究。一方面，通過(guò)增加設(shè)備和利用設(shè)備特性調(diào)壓[6?10]；另一方面，從逆變器并網(wǎng)自身控制角度著手，考慮不改變配網(wǎng)的結(jié)構(gòu)的情況下高效管理分布式能源接入配網(wǎng)對(duì)電壓的影響[11?15]。此外，隨著建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的智能電網(wǎng)的發(fā)展，利用通訊等技術(shù)的分布式能源接入智能配電網(wǎng)可以促進(jìn)整個(gè)配電系統(tǒng)更加安全、高效地運(yùn)行。隨著配網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和分布式能源增加，利用控制與通信技術(shù)相結(jié)合的多學(xué)科領(lǐng)域交叉學(xué)習(xí)也吸引了許多學(xué)者的關(guān)注[16?19]?，F(xiàn)有防止配網(wǎng)電壓波動(dòng)的方法均不同程度地存在功率消納有限、設(shè)備成本增加的問(wèn)題。為此，本文作者主要針對(duì)光伏發(fā)電逆變器功率控制和自身儲(chǔ)能進(jìn)行研究，在分析配網(wǎng)饋電壓越限的機(jī)理上建立光伏發(fā)電配網(wǎng)的模型?？紤]一種防止配網(wǎng)電壓失穩(wěn)方案，即無(wú)功、有功，儲(chǔ)能三者相結(jié)合的控制方法。這種控制策略先通過(guò)逆變器自身的剩余無(wú)功容量吸收無(wú)功功率，在一定程度上改善了配網(wǎng)饋線的電壓分布，然后在滿足低壓饋線電壓平衡的基礎(chǔ)上運(yùn)用有功控制光伏的輸出功率。多余功率可通過(guò)光伏發(fā)電系統(tǒng)自身的蓄電池儲(chǔ)能吸收，在高負(fù)載需求或夜間電壓不足時(shí)將儲(chǔ)能釋放，與傳統(tǒng)功率控制方案相比，其功率利用方式與優(yōu)化方法有較大差異，且有利于配網(wǎng)對(duì)新能源的消納，同時(shí)可以為電網(wǎng)規(guī)劃和調(diào)度運(yùn)行提供指導(dǎo)。

1 光伏電壓波動(dòng)機(jī)理和無(wú)功控制的數(shù)學(xué)模型

放射式配電網(wǎng)單向分支的電路圖如圖1所示。圖1中： Vj為節(jié)點(diǎn)j的電壓(j=0, …, n)； Pj+ i Qj為線路上從j節(jié)點(diǎn)流向j+1節(jié)點(diǎn)的視在功率，j點(diǎn)的功率消耗由表示，i為虛數(shù)單為節(jié)點(diǎn)j與節(jié)點(diǎn)j+1之間的線路阻抗，R為線路電阻；X為線路電抗(j=0, …, n)。假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的有功功率、無(wú)功功率消耗和節(jié)點(diǎn)注入的有功功率已知，則可控變量為太陽(yáng)能逆變器注入節(jié)點(diǎn)的無(wú)功功率。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的潮流計(jì)算公式如下：

圖1 配電網(wǎng)分支功率流動(dòng)電路Fig. 1 Branch power flow circuit diagram of distribution network

通過(guò)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)時(shí)的配電網(wǎng)進(jìn)行潮流分析可知：光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)產(chǎn)生有功功率和無(wú)功功率會(huì)增加線路電壓的變化；當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)向電網(wǎng)輸入過(guò)多的有功功率時(shí)，可能導(dǎo)致線路過(guò)電壓；同理，在夜間光伏無(wú)輸出功率，但存在高負(fù)載需求，此時(shí)，可能會(huì)引起饋線上電壓降低。

基于以上機(jī)理分析，借鑒逆變器可以利用自身剩余容量進(jìn)行無(wú)功控制的思想[20]，首先通過(guò)控制器獲取配網(wǎng)饋線節(jié)點(diǎn)上的電壓分布情況，設(shè)定逆變器允許的功率因素為(-cosφ,cosφ)。在光伏輸出功率較高、電壓越限時(shí)，先采取所述逆變器無(wú)功控制調(diào)節(jié)配網(wǎng)饋線的電壓分布。設(shè)定逆變器容量為 S，某一時(shí)刻逆變器的輸出功率為P，其中S為定值。逆變器能夠發(fā)出的最大無(wú)功功率 Qmax滿足

設(shè)定有功功率削減電壓為uc，即配網(wǎng)饋線正常運(yùn)行允許的最高電壓。逆變器開始吸收無(wú)功功率的臨界參考電壓為 uref，由用戶設(shè)定滿足 uref＜uc。若逆變器容量足夠，則在規(guī)定的功率因素范圍內(nèi)可控制逆變器吸收無(wú)功功率，降低并網(wǎng)點(diǎn)電壓，在可能存在無(wú)需有功削減情況下，將電壓穩(wěn)定在uc內(nèi)。逆變器的無(wú)功控制如下式所示：

式中：Q為逆變器吸收的實(shí)際無(wú)功功率；u為實(shí)際并網(wǎng)點(diǎn)電壓；uref為吸收無(wú)功的臨界電壓；uc為有功功率削減電壓；k為常數(shù)，且0＜k＜1。實(shí)際并網(wǎng)點(diǎn)電壓u越大，k越接近于1。

2 有功功率控制與儲(chǔ)能優(yōu)化控制策略

由于逆變器的無(wú)功控制有限，無(wú)功吸收過(guò)多時(shí)反而會(huì)增加配網(wǎng)饋線和逆變器的損耗，因此，逆變器的無(wú)功控制僅在允許的功率范圍內(nèi)在一定程度上改善配網(wǎng)的電壓分布。當(dāng)規(guī)?；夥到y(tǒng)接入配網(wǎng)時(shí)，若在白天日照強(qiáng)度過(guò)高時(shí)，則配網(wǎng)饋線產(chǎn)生過(guò)電壓，在考慮無(wú)功控制不足并維持電壓在饋線最大允許電壓范圍之內(nèi)，因此，需利用相應(yīng)的有功控制策略優(yōu)化光伏輸出?，F(xiàn)有的光伏有功功率控制方法有很多，如基于有功功率削減的下垂控制策略、基于有功預(yù)測(cè)的功率控制和靈敏度矩陣控制等。本文考慮一種有功功率控制與儲(chǔ)能的優(yōu)化控制策略，即一種結(jié)合靈敏度矩陣分析與儲(chǔ)能的功率優(yōu)化控制策略來(lái)防止配網(wǎng)電壓越限。靈敏度矩陣分析能夠精確計(jì)算光伏優(yōu)化功率，并能夠利用儲(chǔ)能將多余功率吸收儲(chǔ)存，在光照較弱光伏輸出功率低、配網(wǎng)電壓不足時(shí)發(fā)出，保證發(fā)出功率的合理消納和利用。圖2所示為含光伏發(fā)電系統(tǒng)的配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 光伏發(fā)電系統(tǒng)配網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Distribution network structure of photovoltaic power generation system

圖2 中：d1為光伏發(fā)電系統(tǒng)間的距離；d2為光伏發(fā)電系統(tǒng)到線的距離；H1，H2，…，Hn為自帶儲(chǔ)能的光伏發(fā)電系統(tǒng)。饋線電壓的靈敏度矩陣SV為[21]

式(9)中的矩陣表示有功功率與無(wú)功功率的變化對(duì)電壓的相角以及幅值的影響，其中矩陣中 SV21表示有功功率變化對(duì)電壓幅值變化的影響率即

計(jì)算每個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率優(yōu)化值之后，可以將多余的光伏輸出功率送給每個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)H自帶的蓄電池儲(chǔ)能中。蓄電池充放電如下式所示：其中：A為蓄電池總的荷電量；A0為初始荷電量；it為電池電量變化值，充電狀態(tài)時(shí)取正，放電狀態(tài)時(shí)取負(fù)；QN為額定容量；i為電流，充電狀態(tài)取正，放電狀態(tài)取負(fù)；n為充放電效率，在實(shí)際中會(huì)隨時(shí)變化，為簡(jiǎn)化模型，設(shè)定為 1。首先輸入光伏系統(tǒng)的配網(wǎng)線路參數(shù)并初始化時(shí)間 t0，然后設(shè)置無(wú)功功率的約束條件和靈敏度矩陣的計(jì)算參數(shù)及運(yùn)行的時(shí)間t。潮流計(jì)算后，通過(guò)配網(wǎng)首端控制器獲取配網(wǎng)的功率分布、電壓分布和光伏發(fā)電系統(tǒng)的荷電狀態(tài)。若節(jié)點(diǎn)電壓發(fā)生越限，則對(duì)該節(jié)點(diǎn)逆變器首先通過(guò)自身的無(wú)功功率優(yōu)化該點(diǎn)的電壓分布。當(dāng)光伏功率輸出過(guò)高、無(wú)功控制無(wú)法滿足控制需求時(shí)，啟用有功和儲(chǔ)能相結(jié)合的控制策略，將多余功率送入光伏系統(tǒng)自帶的蓄電池進(jìn)行充電并輸出t時(shí)刻配網(wǎng)功率分布和電壓分布情況，利用時(shí)間tr約束進(jìn)行系統(tǒng)循環(huán)控制，整個(gè)控制系統(tǒng)的方案如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)方案流程Fig. 3 Flow chart of control system program

3 仿真分析

3.1 算例仿真驗(yàn)證

采用逆變器自身無(wú)功控制和有功儲(chǔ)能相結(jié)合的方法對(duì)算例進(jìn)行仿真驗(yàn)證。以圖2所示模型為算例模型進(jìn)行分析。假設(shè)配網(wǎng)有6個(gè)節(jié)點(diǎn)，即n=6。相鄰節(jié)點(diǎn)間距離d1=20 m，用戶與配電線路間距離d2=100 m，配網(wǎng)饋線電壓等級(jí)設(shè)為 380 V。正常工作電壓為 396 V，極限工作電壓為402 V。配網(wǎng)中共有12處接入光伏發(fā)電系統(tǒng) H1，H2，…，H12，每個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器容量相同，整個(gè)光伏系統(tǒng)的極限功率為72 kW。設(shè)置相應(yīng)配網(wǎng)參數(shù)如表1所示。

表1 配網(wǎng)基本參數(shù)Table 1 Basic parameters of distribution network

圖4所示為光照強(qiáng)度高時(shí)有無(wú)光伏發(fā)電系統(tǒng)配網(wǎng)饋線的電壓分布。從圖4可以看出：當(dāng)光照較強(qiáng)烈時(shí)，擁有光伏發(fā)電系統(tǒng)的配網(wǎng)電壓將會(huì)越限，且沿著饋線始端至終端節(jié)點(diǎn)電壓越來(lái)越高，節(jié)點(diǎn)5和6發(fā)生電壓越限現(xiàn)象；當(dāng)無(wú)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配網(wǎng)時(shí)，饋線電壓從始端至終端節(jié)點(diǎn)依次降低。

圖4 有無(wú)光伏接入配網(wǎng)饋線電壓分布Fig. 4 Feeder voltage distribution diagram with or without photovoltaic access distribution network

圖5 采用傳統(tǒng)功率優(yōu)化機(jī)制后光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率Fig. 5 Output power of photovoltaic power generation system adopted traditional power optimize strategy

圖5 所示為采用傳統(tǒng)有功功率削減方法功率削減結(jié)果。從圖5可以看出：隨著配網(wǎng)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率增加，傳統(tǒng)的下垂控制策略不得不削減過(guò)多的功率來(lái)維持配網(wǎng)電壓穩(wěn)定；饋線節(jié)點(diǎn)越靠近末端，光伏發(fā)電系統(tǒng)削減的功率越大，功率損失情況較嚴(yán)重。

采用傳統(tǒng)下垂功率削減策略后所得配網(wǎng)饋線電壓分布如圖6所示。從圖6可見(jiàn)：在1 d的6:00—18:00，整個(gè)配網(wǎng)饋線上電壓控制在最大允許電壓以內(nèi)，但這種情況是以消耗較多有功功率為前提。

圖6 采用傳統(tǒng)功率優(yōu)化情況下1 d中饋線電壓變化Fig. 6 Feeder voltage variation diagram with traditional power optimization in one day

3.2 采用無(wú)功與有功儲(chǔ)能結(jié)合的優(yōu)化策略

為了防止饋線過(guò)電壓，需要對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的有功功率進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。在含有大量太陽(yáng)能發(fā)電單元的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，配網(wǎng)線路電壓有升高的趨勢(shì)[4?5]。由以上分析也可知：圖2中，只要保證H11與H12之間饋線不出現(xiàn)過(guò)電壓現(xiàn)象，則此配網(wǎng)系統(tǒng)便能夠保證各光伏發(fā)電單元饋線電壓不會(huì)發(fā)生過(guò)電壓現(xiàn)象。圖 7所示為逆變器 H11/H12通過(guò)自帶的蓄電池儲(chǔ)能吸收的功率，呈現(xiàn)兩頭低、中間大的趨勢(shì)，這是由于中午整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率高，逆變器自身的無(wú)功控制不能防止電壓的產(chǎn)生，需通過(guò)靈敏度矩陣精確分析各個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率優(yōu)化值，并將其存儲(chǔ)至自帶的儲(chǔ)能設(shè)備中，于光伏輸出功率低時(shí)將儲(chǔ)能釋放，以維持饋線上整個(gè)電壓穩(wěn)定。

光伏發(fā)電系統(tǒng)逆變器 H11/H12通過(guò)自身剩余容量進(jìn)行無(wú)功控制，所得結(jié)果見(jiàn)圖8。從圖8可見(jiàn)：由于中午光照強(qiáng)輸出高，逆變器吸收的無(wú)功功率也較高。圖 9所示為采用無(wú)功/有功/儲(chǔ)能相結(jié)合的控制策略下白天整個(gè)配網(wǎng)饋線電壓的分布情況。對(duì)比圖9與圖6可見(jiàn)：在同樣滿足電壓不越限的前提下，光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的功率更大，保證了新能源的合理消納利用。

圖7 H11/H12蓄電池儲(chǔ)能吸收的有功功率Fig. 7 Active power of H11/H12 battery energy storage

圖8 H11/H12逆變器無(wú)功功率控制Fig. 8 Reactive power control chart of H11/H12 inverter

圖9 采用新型功率優(yōu)化情況下1 d中饋線電壓變化Fig. 9 Feeder voltage variation diagram with new strategy of power optimization in one day

4 結(jié)論

1) 當(dāng)光伏發(fā)電向配網(wǎng)注入過(guò)多的有功功率時(shí)，會(huì)導(dǎo)致低壓饋線過(guò)電壓。

2) 采用優(yōu)化光伏并網(wǎng)功率來(lái)解決饋線電壓波動(dòng)，先利用逆變器自身的無(wú)功控制在一定程度上優(yōu)化配網(wǎng)電壓分布，然后通過(guò)有功儲(chǔ)能的優(yōu)化控制策略合理優(yōu)化光伏輸出功率。

3) 將所提出的控制系統(tǒng)運(yùn)用于實(shí)際仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文該控制系統(tǒng)的可行性和適用性。

[1] HIDALGO R, ABBEY C, JOOS G. A review of active distribution networks enabling technologies[C]// IEEE Power and Energy Society General Meeting. Minneapolis, USA, 2010:78?83.

[2] 陳旭, 張勇軍, 黃向敏. 主動(dòng)配電網(wǎng)背景下無(wú)功電壓控制方法綜述[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2016, 40(1): 143?151.CHEN Xu, ZHANG Yongjun, HUANG Xiangmin. Review of reactive power and voltage control method in the background of active distribution network[J]. Automation of Electric Power Systems, 2016, 40(1): 143?151.

[3] 馬釗, 安婷, 尚宇煒. 國(guó)內(nèi)外配電前沿技術(shù)動(dòng)態(tài)及發(fā)展[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2016, 36(6): 1552?1567.MA Zhao, AN Ting, SHANG Yuwei. State of the art and development trends of power distribution technologies[J].Proceedings of the CSEE, 2016, 36(6): 1552?1567.

[4] 董偉杰, 白曉明, 朱寧輝, 等. 間歇式電源并網(wǎng)環(huán)境下電能質(zhì)量問(wèn)題研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2013, 37(5): 1265?1271.DONG Weijie, BAI Xiaoming, ZHU Ninghui, et al. Discussion on the power quality under grid-connection of intermittent power sources[J]. Power System Technology, 2013, 37(5): 1265?1271.

[5] 鄭超, 林俊杰, 趙健, 等. 規(guī)?；夥⒕W(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)功率特性及電壓控制[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2015, 35(5): 1059?1071.ZHENG Chao, LIN Junjie, ZHAO Jian, et al. Transient power characteristic of scaled photovoltaic grid-connected system and its voltage control[J]. Proceeding of the CSEE, 2015, 35(5):1059?1071.

[6] 燕躍豪, 鮑薇, 李光輝, 等. 基于混合儲(chǔ)能的可調(diào)度型分布式電源控制策略[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014,41(2): 28?35.YAN Yuehao, BAO Wei, LI Guanghui, et al. Control strategy of dispatchable distributed generation based on hybrid energy storage[J]. Journal of North China Electric Power University(Natural Science Edition), 2014, 41(2): 28?35.

[7] 王云玲, 曾杰, 張步涵, 等. 基于超級(jí)電容器儲(chǔ)能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)器[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2007, 31(8): 58?62.WANG Yunling, ZENG Jie, ZHANG Buhan, et al. Dynamic voltage conditioner based on ultracapacitor energy storage system[J]. Power System Technology, 2007, 31(8): 58?62.

[8] 許曉艷, 黃越輝, 劉純, 等. 分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響及電壓越限的解決方案[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2010, 34(10):140?146.XU Xiaoyan, HUANG Yuehui, LIU Chun, et al. Influence of distributed photovolatic generation on voltage in distribution network and solution of voltage beyond limits[J]. Power System Technology, 2010, 34(10): 140?146.

[9] CHEN C S, LIN C H, HSIEH W L, et al. Enhancement of PV penetration with DSTATCOM in Taipower distribution system[J].IEEE Trans on Power Systems, 2013, 28(2): 1560?1567.

[10] 陳樹勇, 鮑海, 吳春洋, 等. 分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)功率直接控制方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2011, 31(10): 6?11.CHEN Shuyong, BAO Hai, WU Chunyang, et al. Direct grid-tie power control method for distributed photovoltaic generation[J].Proceedings of the CSEE, 2011, 31(10): 6?11.

[11] 夏向陽(yáng), 唐偉, 冉成科, 等. 基于DSP控制的單相光伏并網(wǎng)逆變器設(shè)計(jì)[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2011, 26(3): 52?56.XIA Xiangyang, TANG Wei, RAN Chengke, et al. Design of single phase photovoltaic grid-connected inverter based on DSP control[J]. Journal of Electric Power Science and Technology,2011, 26(3): 52?56.

[12] 李清然, 張建成. 含分布式光伏電源的配電網(wǎng)電壓越限解決方案[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2015, 39(22): 117?123.LI Qingran, ZHANG Jiancheng. Solutions of voltage beyond limits in distribution network with distributed photovoltaic generators[J]. Automation of Electric Power Systems, 2015,39(22): 117?123.

[13] 林濤, 翟學(xué), 吳俊鵬, 等. 考慮低電壓穿越特性的光伏電站準(zhǔn)入容量研究[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2015, 30(3): 11?16.LIN Tao, ZHAI Xue, WU Junpeng, et al. Study on access capacity of photovoltaic power station considering low voltage traverse characteristics[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2015, 30(3): 11?16.

[14] TONKOSKI R, LUIZ A, LOPES C, et al. Coordinated active power curtailment of grid connected pv inverters for overvoltage prevention[J]. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2011,2(2): 139?147.

[15] 王成山, 王守相, 郭力. 我國(guó)智能配電技術(shù)展望[J]. 南方電網(wǎng)技術(shù), 2010, 4(1): 18?22.WANG Chengshan, WANG Shouxiang, GUO Li. Prospect over the techniques of smart distribution network in China[J].Southern Power System Technology, 2010, 4(1): 18?22.

[16] 張東寅, 林濤, 許漢平, 等. 考慮電網(wǎng)脆弱性的電網(wǎng)發(fā)電計(jì)劃優(yōu)化[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2017, 32(2): 10?16.ZHANG Dongyin, LIN Tao, XU Hanping, et al. Optimization of power grid power generation plan considering power network vulnerability[J]. Journal of Electric Power Science and Technology, 2017, 32(2): 10?16.

[17] 許曉燕, 黃躍輝, 劉純, 等. 分布式光伏發(fā)電對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響及電壓越限解決方案[J]．電網(wǎng)技術(shù), 2010, 34(10):140?146.XU Xiaoyan, HUANG Yuehui, LIU Chun, et al. Influence of distributed photovoltaic generation on voltage in distribution network and solution of voltage beyond limits[J]. Power System Technology, 2010, 34(10): 140?146.

[18] JAHANGIRI P, ALIPRANTIS D C. Distributed volt/var control by PV inverters[J]. IEEE Trans on Power Systems, 2013, 28(3):3429?3439.

[19] JIANG Ying, LI Jianguo, PAN Sanbo, et al. Research on the Comparison analyses of three-phase discrete and integrated LC filters in three-phase PV inverter[J]. International Journal of Photoenergy, 2013, 20(11): 768?774.

[20] 史朝暉, 李忠, 鐘志剛, 等. 光儲(chǔ)微電網(wǎng)運(yùn)行模式無(wú)縫切換方法研究[J]. 電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào), 2016, 31(2): 31?36.SHI Zhaohui, LI Zhong, ZHONG Zhigang, et al. The research on the seamless switch of operation mode of light-storage micro-grid[J]. Journal of Power Science and Technology, 2016,31(2): 31?36.

[21] REBER S, HURRLE A, EYER A, et al. Crystalline silicon thin film solar cell recent results at Fraunhofer ISE[J]. Solar Energy,2004, 77(6): 865?875.

Feeder voltage control in distribution network based on reactive power and energy storage balance

YI Haomin1, XIA Xiangyang1, LI Jingye1, WANG Shangning2, LI Minde3, LIU Daifei1,WANG Kai3, HUANG Hai3, TANG Ci1, LI Zhengxi2

(1. School of Electrical & Information Engineering, Changsha University of Science and Technology,Changsha 410114, China;2. Qinghai Key Lab of PVGC Technology, Xining 810008, China;3. National Products Quality Supervision Inspection Center on Power Transmission and Transformation Equipment,Hengyang 430400, China)

Considering that roof photovoltaic power generation system can lead to voltage instability in distribution network, on the premise of voltage instability mechanism of low voltage feeder, invariant distribution line capacity and the inverter capacity characteristics were considered, and then a reactive power, active power and energy storage combined control method was proposed to prevent the occurrence of excessive voltage ripple’s phenomenon in low voltage feeder. Firstly, the strategy utilized the residual capacity of the photovoltaic inverter itself to absorp the reactive power, which helped to improve feeder voltage distribution to a certain extent. Then the power output of each PV system was obtained by active power control. Under the condition of voltage limitation and the excess power could be absorbedby the battery energy storage of the photovoltaic power generation system, and the stored energy was released in high load demand or voltage drop at night. The results show that this method can improve the power grid of new energy consumptive ability and enhance the new energy output power. The new power optimization scheme that reactive power,active power and energy storage cooperate not only has the ability of maintaining the low voltage feeder voltage within a limit, but also has higher PV efficiency and is suitable for future network environment of large-scale PV access distribution.

PV system; voltage balance; reactive power control; energy storage

TM247

A

1672?7207(2017)11?2972?07

10.11817/j.issn.1672-7207.2017.11.018

2016?12?11；

2017?03?16

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51307009)；湖南省教育廳創(chuàng)新平臺(tái)開放基金資助項(xiàng)目(16K004)；衡陽(yáng)市科技計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(2015KG27)；可再生能源電力技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(2016ZNDL006) (Project(51307009) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(16K004) supported by Education Department Innovation Platform of Hunan Province; Project(2015KG27)supported by Science and Technology of Hengyang City; Project(2016ZNDL006) supported by Key Laboratory of Renewable Energy Electric-Technology of Hunan Province)

夏向陽(yáng)，教授，從事電力電子技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用研究；E-mail: xia_xy@126.com

(編輯 陳燦華)