基于分布式电源接入的配电网无功控制策略研究

基于分布式电源接入的配电网无功控制策略研究

宋雨阳

贵州遵义供电局 贵州 遵义 563000

摘要：近年来，以光伏、风电等清洁能源为主的分布式电源接入电网得到了高速发展。然而分布式电源的故障特性受风光出力波动性及随机性、低电压穿越控制策略和电力电子器件限流的影响，与传统旋转同步机电源有较大差异，这将对其接入系统的继电保护带来不利影响，特别是其中发电容量占有率较大的逆变型分布式电源（Inverter-interfacedDistributedGenerator，IIDG）。基于此，本篇文章对基于分布式电源接入的配电网无功控制策略进行研究，以供参考。

关键词：分布式电源接入；配电网；无功控制策略

引言

随着国家“双碳”目标的制定以及配电网智能化的发展，分布式电源以其环保、经济的优势得到迅速发展，在配电网的并网规模越来越大，为电力系统运行带来了许多有利影响。分布式电源的接入可实现能量的就地平衡，减少远距离传输损耗，提高了电力系统的可靠性、安全性及灵活性。但是，由于分布式电源的出力具有典型的随机性和不确定性，其大量接入改变了配电系统的潮流分布，造成系统潮流出现双向流动甚至多向流动，最终会出现电压偏差、电压波动甚至越限问题出现，这些问题对于配电系统的安全稳定运行造成危害。针对上述问题，需要对分布式电源接入配电网产生的影响进行充分研究，总结出合理的分布式电源并网控制运行策略和配置策略。根据电压幅值对节点电压进行分区，按照无功功率调控策略对配电网进行无功补偿同时通过动态最优潮流对配电网节点电压和分布式光伏发电量进行管理，保证有功削减的经济性。采用就地电压控制策略，首先利用本地光伏的无功功率调节就地电压，在本地光伏的无功容量用尽后再缩减本地光伏的有功输出功率使并网点电压恢复正常。

1分布式光伏电源模型

分布式光伏电源可分为低压分布式光伏与中压分布式光伏。低压分布式光伏大多数为屋顶小型电源，主要由光伏组件、汇流箱、光伏并网逆变器及低压智能双向计量装置组成，一般当上网电价小于售电电价时，自发自用的比率越高，产生的经济效益越大。中压分布式光伏在容量、数量上明显区别于低压分布式光伏，可看作是多个光伏逆变器并联再由升压变压器统一将电能输入网架。分布式光伏电源并网类型主要有逆流型、非逆流型和切换型三种，本文主要研究对象为配网中常见的逆流型分布式光伏电源。在两相旋转dq坐标系下，将旋转的三相交流量变成直流分量，以此为基础，采用常规的恒有功无功控制方式（PQ控制）对逆变器的电流指令进行调节，锁相环（PLL）实时追踪电网的相角，内环电流控制环节实时追踪并网电流跟踪控制，电压外环实时追踪直流侧电容电压并将其反馈至控制器，输出电压和电流再经滤波元件并网，既确保产生的电能质量符合要求，又保证输出的有功功率和无功功率能够稳定在给定参考值的附近，其中无功的参考值指令为0，正常运行在单位功率下不向电网提供无功功率。在实际配网中分布式光伏并网运行时，可利用光伏发电单元的输出特性曲线所具有的单峰特性，即在最大功率点附近，光伏发电单元的输出电压增大或减少，都将使光伏输出的功率降低，利用该输出特性有利于光伏并网逆变器正常并网运行模式中的最大功率追踪（MPPT算法），能提高发电效率。

2电能质量的改善方式

现阶段，电能质量的治理与优化主要分为被动与主动两种方式。其中，被动治理是以增加电能质量控制设备提升电能质量的方式。目前，在电能质量控制设备中，SVC设备的应用范围最广泛，因为其具备正负连续调节无功功率的优势，且成本较低，可以改善电压变动状况，可加大对此设备的应用力度。主动治理主要是指分布式电源并网，此种方式虽然会引发一些问题，但是电能质量的优化效果也很明显，具备一定的技术优势。（1）分布式电源能够提供稳定电能，若能够投用，可以降低系统运行故障率，增强输电稳定性。（2）配合电能质量控制器，应用分布式电源并网可以实现输电的有效管控。电能质量控制设备在设计中应用了大量的控制、通信、电力电子技术，可以有效调节有功或者无功功率，进而在实现电能转换的同时降低成本，增强配电网的电能质量。

3分布式电源接入时的配电网电能质量改善措施

3.1应用无功电源和无功补偿装置

与传统电源相比，无功电源可以确保电压的稳定性，进一步降低负荷对配电网电能质量的影响。但是在选择无功电源时需要注意，必须是足够的无功电源才能达到使用效果。此外，电能质量控制设备在运行时往往会因为电压下降导致性能降低，如设备运行中由于电压下降产生无功状况，影响配电网运行质量。需要选择能够在无功功率状态下使用的电源，以保证电能质量。可以将配电网运行情况作为依据，加装无功补偿装置，避免对主网系统运行造成不利影响。在主网无功负荷较大时，有功负荷会降低，故在安装无功装置时，可将配电变压器的集中负荷点的实际情况作为参照，确保无功补偿及时，以确保电压质量，减少电能损耗，为用户提供优质的供电服务。

3.2改善配电网电压质量

在安装分布式电源时，应该尽可能贴近用户区域，这样做的目的在于确保有功功率的提供和无功功率的补偿，减少输电过程中的电能损耗。此外，在分布式电源接入配电网时，可加大短路容量，抑制电压波动。分布式电源并网变流器应用灵活，可以结合实际需要加以管控，使用并网变流器实现系统电能转换，以增强配电网电能质量。

4算例分析

为了验证本文所提的配电网电压无功控制策略的效果，采用GridLAB－D仿真软件进行分析验证，该软件支持连续时间序列的仿真，并包含丰富的负荷模型，可以对负荷的变化情况进行模拟，有利于连续时间序列电压无功控制效果的分析。为了模拟分布式电源和负荷变化，在配电线上添加用户及相应的用电装置，并在每个用户处加入光伏发电和风电装置。加入光伏发电装置后，负荷侧的期望电压设定为117V，允许的电压变化范围是［114V，120V］，为了验证电压无功控制（VVC）效果，分别对采用该算法前后的负荷电压变化曲线进行仿真，其仿真结果如图1所示。

图1负荷电压变化曲线

由图1可知，采用电压无功控制算法后，负荷电压明显降低，基本控制在117V左右，满足设计要求。当光照辐射率增大时，光伏发电装置的输出功率也随之增加，负荷节点电压明显提升。馈线系统能量消耗平均值如表1所示。

由表1可以发现，接入光伏发电装置后，为了

验证电压无功控制算法，对馈线系统能量消耗平均值进行对比，能量消耗平均值在加入VVC控制算法后比之前下降1．6％。加入风力发电装置后，负荷侧的期望电压设定为117V，允许的电压变化范围是［114V，120V］，仿真结果如图2所示。

图2负荷电压变化曲线

由图2可知，采用电压无功控制算法后，负荷电压可以得到有效控制，当风速较大时风机输出功率也随之增大，导致电压控制存在波动，该算法的控制效果受到影响，但是电压波动仍在允许范围内。

馈线系统能量消耗平均值如表2所示。

由表2可以发现，接入风力发电装置后，为了验证电压无功控制算法，对馈线系统能量消耗平均值进行对比，能量消耗平均值在加入VVC控制算法后比之前下降1．33％。

结束语

该方法降低了分布式电源接入配电网带来的负面影响，实现了电网电压无功控制和补偿，为配电网的稳定运行提供了重要保证，通过仿真数据对比分析，验证了基于电压无功协调控制算法具有较好的控制效果和良好的适用性。

参考文献

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