羅益珍 陽(yáng)立斌 鄧康健 鄒旻昊
摘?要:針對(duì)湖南某10kV線路光伏電源接入引起電壓越限、線損增加問題,分析了分布式光伏電源并網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)電壓的影響機(jī)理;并根據(jù)線路的具體情況,提出了有功無(wú)功綜合控制方案,該方案綜合了光伏電源的Q(U,P)逆變器無(wú)功輸出控制策略和準(zhǔn)入容量調(diào)整,實(shí)現(xiàn)將電壓控制在允許的范圍,降低線損,且能最大限度確保光伏出力。仿真結(jié)果表明了該方案的合理性。
關(guān)鍵詞:分布式光伏;電壓越限;逆變器;綜合控制
一、緒論
分布式光伏出力受溫度和光照強(qiáng)度影響具有不確定性,光伏并網(wǎng)給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)電壓波動(dòng)、諧波污染、系統(tǒng)損耗等問題,影響配網(wǎng)供電質(zhì)量[1]。
湖南某10kV線路,有額定容量為10MW、5MW的兩個(gè)分布式光伏電站接入。當(dāng)線路輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí),本地負(fù)荷消納電能小于分布式光伏電源出力,導(dǎo)致并網(wǎng)點(diǎn)電壓越限[2-4]??赏ㄟ^減小光伏出力,或利用光伏電源逆變器無(wú)功輸出特性來(lái)調(diào)整線路電壓分布,本文提出一種有功無(wú)功綜合控制方案,以解決該線路因光伏并網(wǎng)引起的電壓越限問題。
二、分布式光伏電源影響配電網(wǎng)電壓機(jī)理
分布式光伏電源出力影響并網(wǎng)線路潮流,改變線路的電壓分布。一般地分布式光伏電源并網(wǎng)后配電網(wǎng)整體電壓水平有所提高;光伏電源出力一變大,光伏電源接入的地方的電壓就會(huì)成為這個(gè)部分線路電壓最高的地方。如果配電線路的負(fù)荷比較小,然后他供電的范圍也比較小,一旦接入光伏電源,就會(huì)讓這條線路的一些地方的節(jié)點(diǎn)電壓升高,就很有可能造成電壓越限。
以單個(gè)分布式光伏接入的10kV線路為例,搭建10kV配電線路PSASP仿真模型,分析光伏接入前后線路電壓分布情況。其中線路首端電壓為10.5kV,線路導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)J-120mm2,線路上共24個(gè)負(fù)荷點(diǎn)。單個(gè)負(fù)荷點(diǎn)配變?nèi)萘繛?00kVA,總配變?nèi)萘繛?800kVA,配變負(fù)載率在0.1~0.6間變化,單個(gè)負(fù)荷間距離為1.2km,在12#號(hào)節(jié)點(diǎn)接入3MW的光伏電源。
光伏電源接入前,配變負(fù)載率為0.6時(shí),也即重負(fù)載時(shí),電壓分布逐點(diǎn)下降,末端電壓只有9.0kV,低于規(guī)定的電壓值。接入光伏電源后,線路末端電壓分布明顯得到提高,因此,重負(fù)荷時(shí)線路電壓因光伏接入而提高得到改善。當(dāng)負(fù)載率只有0.1時(shí),即輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí),光伏接入前線路電壓分布均在規(guī)定范圍內(nèi),但光伏接入后部分節(jié)點(diǎn)電壓越上限,且接入點(diǎn)出最高。
三、光伏接入配電網(wǎng)電壓越限控制
為了防止分布式光伏電源接入導(dǎo)致配電網(wǎng)部分節(jié)點(diǎn)電壓越限,可從配網(wǎng)側(cè)和光伏電源測(cè)入手采取措施來(lái)對(duì)配電網(wǎng)電壓進(jìn)行控制。配網(wǎng)側(cè)的主要措施有:合理規(guī)劃設(shè)計(jì)光伏電源的接入位置和容量;調(diào)整變壓器的分接頭;并網(wǎng)點(diǎn)電抗器補(bǔ)償?shù)?,這些方法均有不足之處。
利用逆變器的無(wú)功輸出特性來(lái)控制電壓,主要控制策略有:恒無(wú)功功率控制策略;基于并網(wǎng)點(diǎn)電壓的控制策略Q(U);基于光伏有功功率輸出控制策略cosφ(P),這些方法存在各自缺陷,如系統(tǒng)網(wǎng)損增大[8]。
(一)有功無(wú)功綜合控制策略
控制策略流程如圖1,首先我們根據(jù)系統(tǒng)此時(shí)刻的狀態(tài)就可以計(jì)算這個(gè)時(shí)候最大的準(zhǔn)入容量;然后再檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電壓U。設(shè)定無(wú)功調(diào)壓節(jié)點(diǎn)電壓閾值為U=1.05p.u,當(dāng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓不高于1.05p.u,逆變器不發(fā)出無(wú)功功率,光伏有功出力保持不變。當(dāng)檢測(cè)到并網(wǎng)點(diǎn)電壓高于1.05p.u但低于1.07p.u時(shí),有功出力仍不變,此時(shí)逆變器參與電壓調(diào)節(jié);再根據(jù)Q(U,P)控制策略計(jì)算出逆變器輸出的無(wú)功功率,逆變器輸出無(wú)功,再次檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電壓,直至逆變器輸出最大無(wú)功,此時(shí)若電壓不低于1.07p.u,則再次計(jì)算最大準(zhǔn)入容量,進(jìn)行削減有功出力的操作。
(二)實(shí)際應(yīng)用效果
以10kV線路為例進(jìn)行仿真,接入光伏電源后簡(jiǎn)化后的線路拓?fù)淙鐖D2。該饋線總長(zhǎng)度為18.7342km,其中,主干線長(zhǎng)與支路長(zhǎng)度分別為9.118km、9.6162km,連接節(jié)點(diǎn)間的線路型號(hào)為L(zhǎng)GJ-70。系統(tǒng)配變總?cè)萘繛?420kVA。該饋線有兩個(gè)分布式光伏電源接入,分別在HY11節(jié)點(diǎn)及HY43節(jié)點(diǎn)接入。DG1、DG2的額定容量分別為10MW、5MW。配變?nèi)萘考肮?jié)點(diǎn)間距如下表。
從圖3可以知道,我們可以改變配變負(fù)載率來(lái)進(jìn)行仿真,這樣就能得到近似配電網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)的折線圖。
控制后的并網(wǎng)點(diǎn)電壓情況如圖3所示。負(fù)載率降低的時(shí)候,利用逆變器輸出無(wú)功功率,我們就能把節(jié)點(diǎn)電壓降低到我們?cè)O(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)下;同時(shí)DG2準(zhǔn)入容量也要減少然后也利用逆變器輸出無(wú)功功率,這樣一來(lái)節(jié)點(diǎn)的電壓就都會(huì)在合適的范圍內(nèi)。
由圖3可知,有功無(wú)功綜合控制方案生效后,各節(jié)點(diǎn)電壓均控制在0.95p.u至1.05p.u范圍內(nèi)。
四、結(jié)語(yǔ)
從以上分析可以知道這個(gè)方案可以保證有功功率的輸出,還可以確保節(jié)點(diǎn)的電壓不會(huì)超過最大的電壓值。這是因?yàn)檫@個(gè)方案可以充分發(fā)揮逆變器的無(wú)功功率輸出,能夠讓節(jié)點(diǎn)電壓不會(huì)越限,如果我們僅僅控制準(zhǔn)入容量來(lái)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié),有功輸出就沒辦法保證,就會(huì)讓分布式光伏電源的有功功率的輸出減小。以上的分析證明了本方案是有效的。
參考文獻(xiàn):
[1]楊東軍,趙棟,張利軍,李澤元,崔曉光,胡冰.500kW光伏發(fā)電DC-DC變流器及其控制策略的研究[J].電氣傳動(dòng)2020,(6):7-10.
[2]石博隆,丁磊明,楊曉雷,黃金波,劉海瓊,鮑威.含分布式光伏的有源配電網(wǎng)無(wú)功電壓控制研究[J].浙江電力,2020,39(05):82-87.
[3]范家銘,夏向陽(yáng).光伏發(fā)電并網(wǎng)的有功功率控制策略[J].電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào),2019,34(04):123-128.
[4]劉博立.利用光伏逆變器剩余容量的配電網(wǎng)本地電壓控制策略研究[D].西安理工大學(xué),2019.
[5]李昆.一種用于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的逆變器綜述[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2019(14):158-159.
[6]石憲,薛毓強(qiáng),曾靜嵐.基于有功-無(wú)功控制的光伏并網(wǎng)點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)方案[J].電氣技術(shù),2019,20(03):50-56+61.
[7]王煜晗.含光伏接入的配電網(wǎng)電壓越界控制方法[D].華北電力大學(xué)(北京),2019.
[8]鄧俊,鐘明航,劉坤雄,張小慶,劉博立,同向前.基于光伏并網(wǎng)逆變器功率調(diào)整的本地電壓選擇性控制策略[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償,2019,40(01):148-153.
[9]高文森,樊艷芳,王一波,張占鋒.串聯(lián)直流升壓型光伏電站經(jīng)VSC-HVDC并網(wǎng)控制策略研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2019,40(01):87-95.
作者簡(jiǎn)介:羅益珍(1994—),女,漢族,湖南婁底人,碩士研究生,中級(jí)工程師,研究方向:電力系統(tǒng)自動(dòng)化。