关于光伏发电系统并网点电压升高调整原理的研究

关于光伏发电系统并网点电压升高调整原理的研究

王奇,1吴晓兰2

中广核新能源新疆分公司 新疆乌鲁木齐8300011

西安特来电领充新能源科技有限公司 陕西西安710002

摘要：随着经济的发展和生活水平的提高，人们对电力供应的需求逐渐增加，在环境污染问题持续恶化的背景下，必须加大对光伏发电系统的研究力度。在我国光伏发电系统规模持续扩大的背景下，我国面临的能源威胁有所缓解，但实际运行过程中仍存在问题。为了解决光伏发电系统并网点电压上升的问题，需要进行适当调整。当光伏发电系统接入电网时，电网容量会逐渐增加，这对电力系统的要求较高。因此在光伏发电系统并网运行的过程中，很容易出现潮流逆流问题，从而导致光伏发电系统的公共连接点处于高压或者过高压状态，而这就会导致过载，为保障电网系统安全运行，强化光伏发电系统并网点电压升高调整原理及方法研究十分重要。

关键词：光伏发电系统；并网点；电压升高；调整原理

随着人们生产生活的用电量不断增加， 加之能源危机和环境污染不断加剧， 业界人士越来越重视光伏发电系统的运用。随着科学技术的进步，近些年光伏发电系统并网运行规模不断扩大，这在很大程度上满足了供电需求，并且减缓了能源危机及环境污染。然而，立足于现实层面，深入分析光伏发电系统并网运行实际情况，不难发现传统的电力系统输配电网与大规模光伏发电系统并网运行存在一定冲突，可能引发潮流和逆流问题，进而导致电力系统公共连接点电压升高甚至过电压，直接影响当地负荷的供电质量，加剧线路和变压器等输配电设备的损耗，产生一系列负面影响。因此，科学合理地调整和处理光伏发电系统并网点电压升高现象是非常有意义。

一、光伏发电概述

太阳能可以通过光伏发电系统转换为电能，光伏发电系统比其他传统发电系统更安全可靠。只要有太阳能存在，就可以发电，因此得到了广泛使用。太阳能是平台、岛屿和其他偏远地区的发电解决方案。

1、光伏发电的应用。光伏发电已逐渐应用于高科技产业，如太阳能卫星和太阳能汽车。与此同时，科学家也利用太阳能建造房屋等。太阳能是高科技和新技术的代名词，是人们生活中不可或缺的一部分，光伏发电技术也是一种很有前途的新能源发电技术。

2、光伏发电系统并网。长期以来，中国电力系统的结构一直采用单向配电和高低压输电的方式，不允许出现过流的问题 [5]。因此，配电系统中的高压插头配有自动电压控制轴头，可以调节负载电压，并将高压插头的输出端连接到电网的输出端。为了保证输电系统的安全运行，输电系统的大多数导线连接到隔离升压变压器，以实现输电系统的并网运行。通常假设配电网是一个具有恒定电压幅值的无限系统，假设所需的所有无效功率均由电网提供，本地无效功为 0，且连接到电网的逆变器的单位功率为 0，则本地负载容量必须小于光伏系统的容量。由于输电线路存在电阻，通过光伏发电系统的垂直配电网传输的电能大小可以用 PCC 电压表示。

二、光伏发电系统并网点电压升高原理

我国在进行电力系统配置时，采用的都是由高压向低压方向传送的单向配电输送方式，是不允许出现潮流逆流问题发生的，因此在配电系统中，高压出会自带一个自动调压轴头，从而进行带载调压，而在低压位置则不会有自动调压轴头，因此也不具有调压能力。而在光伏发电系统并网运行的过程中，为了能够更好的保障电网系统安全，现下的电网运行商往往会采用在接入隔离升压变压器的方式，从而实现并网运行。US 为配电网的母线电压，一般情况下可以将配电系统理解为一个无穷大的系统，同时电压幅值不会发生变化，这样电力系统中的阻抗就为 Z=R+jX，若是假设此处所需要的无功功率全部皆为电网提供，因此本地的无功补偿装置QC 则为 0，而并网逆变器使用单位功率因数，既 QG=0，那么本地的负载容量就一定会小于光伏电系统容量，而由于线路之中电阻的存在，因此光伏电系统的纵向配电网输送有功率则会引起 PCC 电压发生变化，若是光伏发电系统造成 PCC 出现潮流逆流，那么在电网系统轻载时就会出现高压问题。而电压升高不仅会当地的供电质量造成影响，同时对电网中的线路、变压器等设备造成损耗，硬性光伏发电系统渗透率，因此采取有效的方式对光伏发电系统并网点电压升高作出调节十分必要。

光伏发电系统并网运行过程中易出现电压升高问题，为此对高压进行调节限制十分必要，具体而言，我国对于供电电压允许偏差为高于或者等于 35kv 的正负电压的绝对值之和必须要控制在 10%内，而低于或者等于 10kv 的三相供电压，电压偏差值必须要控制在士 7% 之前，同时 220v 的单向电压，整体的电压偏差必须要控制在 -10~7% 之间。在调解过程中，由于改善输电线路阻抗参数及配置储能参数这种调节方式，前期需要进行较大的投资，因此很难在电网系统大规模应用，而改变光伏系统的功率输出调整方式，功率改变的本质就是控制电压，因此改变光伏系统的功率输出是最为可行的方式。

三、光伏发电系统并网点电压升高调整方法

1、应用变压器。从电压范围来看，大型光伏发电系统接入电网后的电压越来越高，有必要适当地控制电压。需要在响应速度不可调的情况下，依靠变压器稳定电能等电压控制方法高速、准确地稳定电路电压。我国传统的电力系统是单向的高压 - 低压输配电系统，由高压输配电至低压，不允许逆流情况的发生。高中压变压器一般有自动调压阀，而中低压变压器可调节负荷电压，一般不设自动调压阀，以保证电厂安全。通常，电网运营商需要通过隔离升压变压器，将光伏发电系统连接到低压和中压配电网中，这样才可以确保电网的正常运行；或者，可以将光伏发电系统连接到电介质输出低压配电网的等效连接电路中。

2、改进传输电路阻抗。PCC 电压受电源电压、输出线阻抗、传输线路功率等因素的限制，可以采用改进传输电路阻抗的方法控制光伏发电系统中的有功功率和无功功率。除此之外，还应当使用储能装置。在建设新的输电网络时，要确保光伏发电系统可以在有用功和无用功之间进行切换，改善输电线路的阻抗，既可以加强输电线路的功能，又经济实惠；使用储能装置可以满足光伏发电系统的需要，但由于初始投资大，无法大规模应用。

3、使用负载调压器和电容器。在分布式光伏发电系统接入配电网之前，传统配电网主要利用负载调压器和电容器进行电压调节。负载调压器和电容器可以将网络中各节点的电压控制在一定范围内。当配电网连接多台分布式光伏发电机时，并网点的电压会升高，并且可能超过电压上限，使电网处于危险的环境。电网的电流双向流动，电网的模糊功率分布不规则。在此情况下，可以测量本地信息，然后根据本地测量的信息进行操作，通过调节器调节现有电压，使电网电压不超过上限或下限。

4、使用光伏逆变器。为了使连接的多个光伏发电系统的电源电压保持在一定范围内，通常使用光伏逆变器调节电源电压。光伏逆变器的无功功率主要受光伏逆变器的效率和额定功率的影响。当光伏逆变器以单位功率因数接入电网时，其最大无功功率增加，光伏逆变器的输出功率也会大于本地负载的功率。如果电网连接点处的电压超过一定值，不仅会影响配电网的安全性和可靠性，还会导致光伏逆变器因电网短路而产生过电压，限制电网的连接容量。

综上所述，目前我国光伏发电技术属于新型产业，在光伏发电技术的发展中也受到了国家及社会的大力支持，调整光伏发电系统并网点电压可以有效促进光伏发电产业的持续发展，其也受到了相关科研单位及光伏企业的关注。要想有效提高光伏发电系统并网点电压调整的质量，就要全面掌握光伏发电系统并网点的运行机制，根据不同的系统制定不同的优化对策，以此提高电压调整质量。

参考文献：

[1] 白海波.光伏发电系统并网点电压升高调整原理及策略[J].数码世界,2018(12):228.

[2] 黄欣科,王环,王一 波.光伏发电系统并网点电压升高调整原理及策略[J].电力系统自动化,2018(3):112- 117.

[3] 樊世超，李清然.含储能分布式光伏系统并网点电压调整方案设计[J].现代电力，2019.15.