光伏发电系统并网点电压升高调整原理及策略冯朝辉

光伏发电系统并网点电压升高调整原理及策略冯朝辉

冯朝辉

（河南省南阳市鸭河口发电有限责任公司河南南阳473000）

摘要：随着能源危机和环境汚染的加剧，以光伏发电为代表的可再生能源发电技术近些年来受到广泛关注，得到迅速发展。分布式光伏发电系统一般接入中低压配电网，分布式光伏发电系统的规模化接入使配电网由单电源辖射型网络变为多电源网络，潮流不再单向的从变电站母线流向负荷，这将对配电网电压以及传统电压调节设备的电压调整效果产生一定的影响，使得传统电压调节设备难以满足电网安全经济运行的需要，需要对含分布式光伏发电系统的配电网电压控制策略进行研究。

关键词：光伏发电；电压升高调整；并网点电压

电能是人类生产生活所依赖的重要能源，在大规模开发和利用可再生清洁能源的过程中，太阳能因其清洁无污染、分布范围广、取之不尽、用之不竭的特点得到了世界各国的广泛关注。与风力发电等其它可再生能源发电相比，分布式光伏发电系统可安装在建筑物的屋顶，无需占用±土的接入导致配电网变为多电源网络，这将有可能使得配网潮流逆流，引起并网点电皮升高，可能导致电网电压越限，严重的影响了配电网的电压质量。

一、光伏并网引起电压升高与波动问题分析

并网光伏发电系统根据能量转换次数可大致分为两种结构：单级式并网光伏发电系统和两级式并网光伏发电系统。光伏组件通过串并联组成光伏阵列提升直流电压，使ＤＣ／ＡＣ逆变器的直流侧母线电压能够满足其正常工作的要求。DC／AC逆变器将光伏阵列产生的直流功率转换为交流功率并馈入电网中。单级式并网光伏发电系统只有一个能量转换环节，其能量转换效率高，同时具有拓扑结构简单、系统所需元器件少等优点；但DC／AC逆变器在实现并网功能的同时需要实现最大功率点跟踪，其控制策略实现起来较复杂。

首先光伏并网改变了配电网的潮流，潮流的改变将导致配网中节点电压发生变化。当系统重载时，光伏输出的有功功率与无功功率对并网点电压有一定的支撑作用，可以改善用户的电压质量；系统轻载时，光伏输出的功率大于本地负荷消耗的功率时，会使潮流发生逆流，由于线路阻抗的存在，将导致并网点电压升高并可能越过规定的电圧偏差上限，限制光伏有功功率的输出以及利用光伏吸收一定的无功功率可以抑制并网点电压的升高。

其次受天气条件的影响，光伏发电输出有可能会发生急剧的变化，这将会使得并网点电压发生波动。在相同的电网阻抗角以及短路容量下，光伏输出有功功率变化越大，相对电压波动值越大；在相同的光伏输出有功功率变化量以及短路容量下，电网阻抗角越大，相对电压波动值越小；在相同的光伏输出有功功率变化量以及电网阻抗角下，并网点短路容量越大，相对电压波动值越小。只是光伏输出功率变化，负荷功率不变时，并网点相对电压波动值，此外并网点的负荷变化也会造成并网点电压波动，若负荷与光伏运行不协调时，可能会使并网点电压波动更加严重。

电力系统中的电气设备是按额定电压设计和制造的。在额定电压下运行时，电气设备效率最髙，运行性能最优。若不在额定电压下运行，其运行性能和效率都会受到影响，严重时可能使电气设备无法工作，甚至导致设备发生损坏，从而危害设备、人身及系统的安全。

二、电压升高与调整原理分析

我国传统电力系统配置为由高压到低压的单向输配电系统，不允许潮流逆流。通常高压／中压变压器带有自动调压抽头，可以实现带载调压；而中压／低压变压器通常不带有自动调压抽头，不具有带载调压能力。为了系统安全，电网运营商通常要求光伏发电系统通过隔离升压变压器接入低压／中压配电网实现并网运行。对接入中压／低压配电网的光伏发电系统，其戴维南等效电路如图１所示。

图1：光伏发电系统并网戴维南等效电路

电压受电网电压、输电线路阻抗参数、线路传输有功功率及无功功率、本地负载功率以及光伏发电系统输出功率的影响。针对光伏发电系统的大规模应用及自身特点，可以采用的电压调整策略有：改善输电线路阻抗参数、配置储能装置、控制光伏发电系统有功功率及无功功率输出等，但改善输电线路阻抗参数及加强电网投资建设需要的前期投资成本巨大，不经济，配置储能装置这种方式符合光伏发电系统的发展需求，但前期投资较大，目前不能规模化应用。由于新电网规范允许光伏系统调节有功与无功功率，可行的方法就是控制光伏发电系统输出的有功功率与无功功率，通过光伏发电系统有功功率限制策略与无功功率吸收策略对电压升高进行控制。

三、光伏并网电压调整策略

在分布式电源接入配电网之前，传统配电网主要通过有载调压变压器以及电容器来使网络中各节点电压运行在一定的范围内，而大量分布式电源接入后，将引起并网点电压升高，并可能超过规定的电压上限。另一方面，网络的潮流将双向流动，网络的电皮分布也不再具有规律性，基于本地量测信息的传统电压控制设备的动作将有可能使电网电压越上限或者越下限。为了使大量光伏并网后，电网电压仍能维持在规定的范围内，目前流行一种利用光伏逆变器及有载调压变压器共同调节电网电压的控制策略。

1.光伏逆变器无功功率控制策略

光伏逆变器无功输出能力主要受两个方面的影响：第一，光伏逆变器自身容量；第二，光伏逆变器运行功率因数。当光伏逆变器无功输出能力受其额定容量限制时，其输出无功功率最大为：

若光伏逆变器以单位功率因数并网，在光伏逆变器输出功率大于本地负荷消巧的功率时，会使得并网点电压升商，并网点电压升窩超过一定值时不仅会影响配电网的安全和可靠运行，而且会使得光伏逆变器过电压保护动作，使得光伏逆变器从电网中切除，限制了其并网能力。

2.自动投切电容器控制策略

为了减少馈线从大电网吸收无功功率，使无功功率就地平衡，可在变电站并联电容器来补偿无功功率。因此，变电站电容器采用无功功率控制。无功功率测量元件测量流过变压器二次侧的无功功率，当流过变压器的无功功率超过电容器的单组投切容量且超过设定的延迟时间，控制器通过触发其内部定义的参数事件来进行电容器的投切。

3.有载调压变压器控制策略

在光伏逆变器自身无法使电网电压保持在规定的范围内时，有载调压变压器可以利用其分接头来调节电网电压，为了防止其误动作，给出了基于电网电压最大最小值的分接头控制策略，电网电压最大与最小值通过安装在电网关键节点上FTU的信息估计得到。

四、小结

随着化石能源危机和全球环境污染问题的不断加剧，光伏发电为代表的可再生能源发电技术近些年来受到广泛关注，得到迅速发展。光伏发电系统规模化接入配电网，改变了配电网的电压和潮流分布，传统的电压调节设备将很难保证系统的安全经济运行。因此针对光伏并网对配电网电压及其调整的影响，给出了利用光伏逆变器以及有载调压变压器共同调节电网电压的控制策略。

参考文献

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[4]曹磊,曾鹏.光伏发电系统并网点电压调整机制与优化对策[J].四川水泥,2017,02:340.