分布式光伏发电并网无功电压控制策略探讨

2019 No.2

Electric System电力系统

Electric Power System Equipment电力系统装备

分布式光伏发电并网无功电压控制策略探讨

奚学涛，王 博，吴正强，张亚明，祁建勋

（国网甘肃省电力公司定西供电公司，甘肃定西 743000）

［摘 要］随着世界人口的增多与工业的发展，能源的消耗量越来越多，尤其是不可再生资源的消耗更是严重。以化石能源等不可再生能源为主要能源的行业有很多，电力行业就是其一，以其为燃料进行发电，而在能源近乎枯竭的现在，再加上这些能源造成的环境污染与破坏的情况下，新能源的开发成为了当前社会的重点课题，分布式发电因此产生，且已经有很多国家开始大力推行，将分布式光伏发电并入到电网中可以有效减少化石能源的损耗，具有广阔的发展空间。文中探讨了分布式光伏发电并网无功电压的控制策略。

［关键词］分布式发电 ；光伏发电 ；并网 ；无功电压

［中图分类号］TM73　　　　　［文献标志码］A　　　　　［文章编号］1001–523X（2019）02–0042–02

Research on Reactive Power and Voltage Control Strategy of Distributed Photovoltaic Generation Connected to Grid

Xi Xue-tao，Wang Bo，Wu Zheng-qiang，Zhang Ya-ming，Qi Jian-xun

［Abstract］With the increase of world population and the development of industry, energy consumption is increasing, especially the consumption of non-renewable resources, among which petrochemical energy is nearly exhausted. There are many industries that use non-renewable energy such as petrochemical energy as the main energy source. The electric power industry is one of them. It generates electricity by using it as fuel. At present, the energy resources are almost exhausted, coupled with the environmental pollution and destruction caused by these energy sources, the development of new energy has become a key topic of the current society, distributed. As a result, power generation has come into being, and many countries have begun to vigorously implement it. Integrating distributed photovoltaic power generation into power grid can effectively reduce energy consumption and improve power supply stability, which has broad development space. For this reason, the control strategy of reactive power and voltage in grid-connected distributed photovoltaic power generation is discussed in this paper, with a view to providing some reference.

［Keywords］distributed generation; photovoltaic generation; grid-connected; reactive power and voltage1 光伏发电的介绍

光伏发电是指利用半导体的光电特效将太阳能转化成电能，主要有3个组成部分：逆变器、控制器、太能能电池板。当前我国主要采用火电发电，使用的是不可再生能源燃料，而

这种燃料终归有限，与其相比，太阳能属于可再生能源，取之不尽用之不竭，且不会对环境造成污染。使用太阳能进行发电具有永不枯竭、洁净安全，不会造成噪声污染，不会排放污染物，不会受到地区的限制，在地形复杂的地区也可以

整个模型进行求解，这不仅对整个过程的求解难度进行了的降低，与此同时，还能够提升工作计算的效率和速度。本文通过对状态网的区域进行分段，选出最好的一组计算方法来作为最后的分期方案，其具体的工作流程在此进行介绍。首先是对所得到的数据进行初步的读取，以此来建立起配电网状态估计的分段模型和优化区域；然后把每个参数进行分段和初始化，此时利用数据的变化处理来对算法进行求解，在此过程进行数据的迭代来获取整个目标函数总具好的一个效果；最终来对数据结果进行输出。2 有源配电网分布式状态估计

通过一些计算的方法来对配电网分析模型进行求解之后，利用数据的耦合来对每个区域进行独立，在此过程只保证每个模型对应的边界信息是交流的，此时可以在并行的环境下对配网的状态估计进行模型计算。本文在参加某个计算的具体案例时，通过选取两台虚拟的发电设备来对计算模型进行功率和电压的输出，并将其作为计算模型的输出和边界条件，在信息协调的处理中心来对整个过程进行技术的处理。在各个区域完成了各自的状态估计之后，如果发现其对应的数据不满足边界条件和工作目的，那么此时就通过一些设备来对电压数值进行变动，通过反复迭代来保证所提交的数据在计算过程中是饱和的，最终对整个数据进行输出和获取。对于一些电流形式不太一致的情况，我们可以保证所输出的参数在平衡体现上是良好的。通过利用三相的不对称模型，可以

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保证对应的功率和符合在连接方式上体现更好的模型，此时通过利用光伏或者风电形式来对构成模型进行参考。由于本文采用的目标函数是基于某研究人员的数据结果，因此，在对应的电力系统抗干扰性上需要对每个区域进行具体的状态估计，该模型可以自动排除一些不利数据的排查和影响。通过与其他一些目标函数进行对比，发现还是该传统的计算方法才能方便地对模型进行求解。3 结束语

本文介绍了状态估计的输入量、输出量，静态状态估计和动态状态估计的概念，状态估计首先要涉及网络可观测性问题的分析、状态估计的测量数据误差以及不良数据；接着重点对配网系统的稳定性讨论其可靠性指标对有效度及灵敏的影响。除此之外，本文建立了状态估计模型，基于奇异值分解求解该模型，通过修正雅克比矩阵和状态估计结果，在不增加量测装置情况下改善了计算精度。仿真结果表明：当有源发电系统接入配电网后，若其接入节点未配置功率测量装置，采用本文方法进行状态估计可以提高状态估计的精度。采用本文方法进行状态估计的精度已接近在发电系统接入节点配置功率测量装置后的状态估计精度，而且能够与传统状态估计方法的基本步骤有效融合。

参考文献

[1] 巨云涛，林毅，王晶，等.考虑分布式电源详细模型的配电网多相状态估计[J].电力系统保护与控制，2016（23）：23.

电力系统装备

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2019年第2期

2019 No.2

使用，不需要使用燃料，也不需要专门铺设输电线路，只需供电线路即可，建设的时间短等优点[1]。但与此同时其也存在着一些缺点：使用的太阳能电池板需要消耗大量的煤炭，同时还会造成大量的污染；太阳能的能量密度小，因此要想大量发电就必须要占据大量的面积；受自然条件影响大，阴雨天、化都可以采用调节光伏无功出力的方式来稳定并网点处的电压，若采用这一方面控制并网点电压时，不考虑电压纵轴增量，则可以得出

Q1 （3）

Qg=Es(Vg−Es)−(Pg−P1)R夜间无法发电等，因此为了使光伏发电可以大范围应用，必须要将其存在的缺点进行改进。2 分布式光伏发电并入电网后对整个配电系统的无功电压产生的影响

在分布式光伏发电并入电网后，会对整个配电网以前的辐射状网架结构产生影响，并入的分布式光伏发电数量越多影响越大。另外分布式发电采用的电源模式为单一电源，且该电源具有随机波动的特点，因此很容易导致电力能源出现谐波污染、电压波动、电压越限等质量问题。这种问题随着分布式光伏发电并入电网的程度加深也变得更加突出，且影响也变得更加严重，进而限制了分布式光伏发电并入电网的应用率，其中电压越限的影响最为严重[2]。

当数量众多的分布式光伏发电并入电网以后，由于分布式发电的电源为单一电源，因此需要安装大量的电源，其必然会超出负荷值，因此会导致分布式光伏发电的电源的接入处会出现电压越限的情况，图1为单个分布式光伏发电系统并入电网后的等效电路图，以此对电压越线的原理进行分析。

Es

Ig′

电网

负荷

P1+jQ1

Pg+jQg

图1 单个分布式光伏发电系统并入电网后的等效电路图

以电网电压为Es，分布式光伏发电并网点的电压为Vg，线路的电阻为R，线路的电抗为X，负荷功率为P1+jQ1，分布式光伏发电系统的输出功率为Pg+jQg。当分布式光伏发电接入电源后，其直接供电给负荷，使功率保持平衡，进而使功率在线路上进行传输的过程中出现的损耗，使并网点处的电压得以提高，进而保持了电网电压的稳定。但是并入的分布式光伏发电越多，则电源越多，其输出给并网点的有功功率也就越多，并网点处的电压也就越高，这也就导致了出现电压越限的几率越大，这一情况可使用逆变器进行改善。3 分布式光伏发电并网无功电压控制策略

分布式光伏发电并网系统的输出功率会受到光照的影响，进而对电压的稳定造成影响，另一方面在没有光照的时候分布式光伏发电机组会停止运行，在有光照时又会并网运行，这种情况导致了分布式光伏发电系统的利用率不高。针对这种情况使用无功电压控制可以在电压不稳定时向电网输入一定的电流，进而是电网的电压恢复稳定[3]。

3.1 分布式光伏发电并网点的电压特点

在分布式光伏发电系统并入到电网后，将电网电压的参考向量设定为Es则可以得出：

VPg−P1)R+(Qg−Q1)Xg−P1)X−(Qg−Q1)Rg=Es+(E+j(PsEs

（1）

将电网的电压设定为不变，同时忽略纵分量，则可以得出：

V1)R+(Qg−Q1)Xg=Es+(Pg−PE （2）

s这一公式。由公式可以看出，并网点处的电压会受到负荷的影响，另外，若并网点的光伏出力超过负荷功率时则会使得并网点处的电压出现越线的情况，而并网点处的光伏出力等于负荷功率或小于负荷功率时，则整个并网点的电压会小于电网的电压，即使光伏有功出力出现变化或负荷出现变

X所以若想使分布式光伏系统的无功调节电压能力提高，则可以将电容器串入线路中以使线路的电阻减小。

3.2 电压正常时，分布式光伏发电并网无功电压的控制策略

对于因光伏的有功出力发生变化与负荷出现扰动而导致

的并网点的电压出现不稳定情况可以使用逆变器，在使用逆变器后系统会产生无功功率，进而供给电网电压，使并网点的电压恢复稳定。将逆变器的输出有功功率设定为M，将逆变器的视在容量设定为N，则逆变器输出的无功功率可以用

Q≤N2−M2这一公式来表示[4]

。

3.3 电压下降时，分布式光伏发电并网无功电压的控制策略

通过对电网的电压出现下降时的分布式光伏发电并网系统的特性进行分析，从分布式光伏发电并网的逆变系统的直流侧有功功率的平衡关系可以得出Ppv=Pc+Pg这一公式，本公式中分布式光伏的输出有功功率为Ppv，直流侧的电容吸收功率为Pc，逆变器的传输有功功率为Pg。根据公式可以看出，当整个分布式光伏发电并网系统处于正常运转状态时，Ppv与Pg相等，此时直流母线的电压处于稳定状态。而当并网点处的电压不稳定时，即并网点处的电压出现下降时，因为分布式光伏电源的输出功率Ppv处于不变的状态，且要对逆变器进行限流保护，所以逆变器传输给电网的功率Pg就会减少，这种情况会使得功率出现不平衡，产生多余的能量，进而影响到直流侧稳压的电容，公式为：

1(22PCU−Pdc1−Udc)pvg=2 （4）∆t其中电网电压出现不稳定即电压下降的时间为Δt，电网电压发生下降前的直流侧的电容的电压为Udc，电网电压出现下降后的直流侧的电容的电压为Udc1，根据该公式可以清楚的看出电网出现电压下降的持续时间与电压下降的程度对直流侧的电压有着极大的影响，即当电压下降的持续时间越长，下降的程度越大，直流侧的电压的下降也会越大，反之则下降越小[5]。4 结束语

随着传统不可再生能源的枯竭与环境破坏和污染问题越发严重，安全、清洁、资源丰富、损耗低、高效的清洁能源必然会成为未来的主要能源。分布式发电充分满足上述特点，因此其未来的发展空间与前景极大，而分布式发电中的光伏发电的优势更加突出，必然会被广泛应用。因此对分布式光伏发电并网无功电压控制策略进行研究具有重要的意义，笔者在本文中进行了介绍，以期能有所帮助作用。

参考文献

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备，2016，36（4）：116-122.[2] 赫卫国，程军照，王文玺，等.含分布式光伏发电的配电网电压越界调节策略[J].电力需求侧管理，2017，19（6）：19-24.[3] 王宁，高朋，贾清泉，等.光伏并网系统参与电压调节的有功和无功协调控制策略研究[J].电工电能新技术，2017（8）：23-29.[4] 杨明，周林，杜潇，等.大型光伏电站并网逆变器无功与电压控制策略[J].电机与控制学报，2016，20（10）：70-81.[5] 樊懋，姚李孝，张刚.光伏电站并网逆变器与无功补偿装置的协调控制策略[J].电网与清洁能源，2017（10）：107-115.

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