计及分布式光伏有功削减的配电网全局电压综合优化策略

计及分布式光伏有功削减的配电网全局电压综合优化策略

张星炜，李赞，吴胜杰

（中国华能集团有限公司 河北邯峰发电有限责任公司，河北 邯郸056001）

摘要：分布式光伏常以高密度分散形式接入配电网，出力存在强随机性和间歇性，呈现点多面广、渗透率高等特点。针对规模化分布式光伏接入配电网引起的配电网孤岛效应保护不可靠、过电压、无功紊乱、倒送故障电流等不利影响，提出一种分布式光伏逆变器无功优化与安全提升装置。通过设计的过电压快速保护电路、防倒送故障电流电路、孤岛辅助保护电路、无功优化电路等，装置能有效提升分布式光伏接入配电网的适应性，具备良好的实用价值。

关键词：分布式光伏；配电网；电压无功优化

0  引言

随着经济的发展和科技的进步，能源短缺问题越来越成为一个不可忽略的问题，而大力发展可再生能源、减轻对化石能源的依赖则是解决这一问题的重要措施。根据《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》及《电力发展“十三五”规划》，光伏发电应当分散开发，以就近消纳为主。光伏分散并网、电能就地消纳已经成为趋势，在中低压配电网中分布式光伏的并网数量和容量也在迅速增长。

1  分布式光伏接入配网的潮流分析

1.1  配网概述

电力系统建设的初期，整个网络结构相对简单，配电网作为连接输电网或者发电厂与负荷的桥梁，从输电网或者发电厂得到电力供应，将得到的电能供给负荷，大多呈辐射状结构。现如今，越来越多的分布式电源涌入配电网络，使得其结构发生了一定程度的改变，由原有的从大电网直接用电发展成多电源送电模式。

1.2  分布式光伏功率优化对配网的影响

现如今，配电网的发展十分迅速，相关技术在电力系统各个方面应用非常普遍。这其中主要有柔性组网、储能、保护与能量管理技术等等。通过配网的有关技术可以看出，新能源和上述的有关技术联系紧密。如光伏电源进入配网是利用电力电子装置实现的，而电力电子装置在运行过程中会产生大量谐波。它的许多特性与原有发电机都不相同，例如动态调节水平、抵抗过载的能力与控制惯性等。

1.3  分布式光伏并网对配网电压影响分析

分布式光伏接入电网对配电网电压稳定、继电保护电能质量及配电网运维安全均存在影响，合理评估这些不利影响，有利于提升配电网的安全性。分布式光伏的接入向配电网反送功率，改变了配电网的潮流使得传输线某些负荷节点处的电压产生偏移。电压的偏移对系统的可靠性、稳定性产生影响。

1.4  传统应对分布式光伏并网电压越限的措施

分布式光伏接入配电系统将会出现一系列的电压波动情况，目前已有的解决措施大体可以分为改变配网电压架构调压和不改变配网电压架构调压。改变配网电压架构调压包括调节系统中变压器分接头、增加或去除并联电容器和对配电网加装连续无功补偿装置SVC（staticvarcompennsat）等措施。

1.5  应对分布式光伏并网电压越限新举措

分布式光伏接入配网后，会对配网电压造成一定程度的影响，其影响会随着分布式光伏渗透率的增大越发明显。通过对分布式光伏进行合理的优化配置可以降低这一影响，但无法消除。PV-SVG需要从电吸收少量的有功功率来补偿开关器件等的运行损耗以维持直流侧电压的稳定。

2  光伏与负荷复仿射模型

2.1  DPV复仿射模型

光伏有功出力区间主要和光照强度的波动有关，而光照强度和天空中云层的变化有很大关系。根据气象信息可获得各时段天气状况，利用仿射和区间的转换公式，得到云层系数和大气层外光照强度的仿射表达式为：

式中，J^t、G^at是t时段云层系数和大气层外光照强度仿射量，J0t、G0t是t时段云层和大气层外光照强度变化的中心值，h、k是云层变化的比例。εjt、εgt是t时段云层和大气层外光照强度变化的噪声元，取值范围［－1，1］。

2.2  负荷复仿射模型

电力负荷输出具有不确定性与时序变化的特点。因此，采用复仿射方法建立各时段的负荷有功和无功输出模型为：

式中，P^Lit、Q^Lit分别为t时段i节点负荷有功、无功的仿射量；PLit、QLit分别为t时段i节点负荷有功、无功功率的实数值；δLt为不确定率，反映不确定量相对大小，与时间t有关；εLit、γLit分别为t时段i节点负荷有功功率、无功功率波动的噪声元。

3  含DPV的配电网电压日前联合无功优化策略

3.1  复仿射模型的建立

DPV有功输出功率区间主要和光照强度的随机性与间歇性有关，而光照强度和不同天气下天空中云层系数有关。根据气象信息可获得各时段天气状况，从而得到对应天气的云层系数区间，通过相关数据获取各时段大气层外光照强度的区间，利用仿射和区间的转换公式，得到云层系数和大气层外光照强度的仿射表达式。

3.2  基于复仿射模型的配电网电压日前无功优化

将DPV和负荷复仿射模型带入到潮流计算中得到多个时间段电压的区间数值，并嵌入到智能优化算法中进行优化求解，这个求解过程涉及到的变量较多、运算复杂。前推回代潮流算法没有复杂的矩阵运算、编程简单、计算速度快，适用于本文中配电网电压的求解。

3.3  考虑调压设备动作次数限制的日前动态无功优化

以全天电压偏差最小为目标函数建立动态无功优化模型，控制变量包括各时段的可调DPV无功输出仿射量、有载调压变压器分接头档位、无功补偿电容器投切组数，其数学模型如下：

含DPV参与的配电网动态无功优化问题中，在满足调压设备动作次数的前提下实现光伏输出与有载调压变压器、无功补偿电容器的协调优化是一个关键。

4  消除电压越限的光伏有功削减优化策略

4.1  计及DPV有功削减的调压控制策略

本文提出一种计及DPV有功削减的配电网电压日前优化策略：依据电压越限情况选择优先进行无功优化调压或当无功优化结果不满足要求时进行有功削减-释放无功优化调压。

4.2  计及DPV有功削减的优化方法

基础上加入了fP和fQ，有功注入功率约束为DPV向电网注入功率，负荷消耗电网有功功率，DPV削减有功功率；无功注入功率约束为DPV吸收无功功率，负荷消耗无功功率，光伏逆变器向电网释放的无功剩余容量为吸收功率。

最终的光伏有功、无功输出功率分别ZP和ZQ。

4.3  日前优化策略的具体实施

根据以上论述，计及DPV有功削减的配电网电压日前优化策略包括以下步骤：

步骤一：根据天气预报可以得到次日各计划时段的天气情况，从而求得对应天气下云层系数仿射量。

步骤二：根据式预测次日各计划时段负荷有功、无功输出仿射量。

步骤三：将预测得到的DPV以及负荷复仿射输出量代入前推回代潮流迭代计算，得到电压区间。

4.4  算例分析

进行光伏有功削减优化的目的是在电压合格的前提下保证光伏电源的最大化消纳。选取不满足要求的第11时段、12时段和13时段。

时段无功优化结果根据建模型进行光伏电源有功削减优化，所得优化结果如表所示，没有进行有功削减优化的其他时段电压将保持不变。

表2  光伏电源有功削减值和无功输出值

5  结束语

本文提出一种考虑分布式光伏有功削减的配电网日前电压协调优化方法，依据电压是否越限建立了DPV无功优化模型和有功削减优化模型，制定了DPV无功和有功削减相协调的优化策略。

参考文献

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[4]邬邦发.分布式光伏电站设计中的电气设计技术分析[J].农村电气化,2023(09):8-11.

作者简介：

张星炜(1992)，男，大学本科，研究方向为电力系统稳定与控制等，河北邯峰发电有限责任公司、新能源项目管理处、274019466@qq.com

李赞(1986)，男，工程师，研究方向为电力系统规划和运行与储能新技术，河北邯峰发电有限责任公司、新能源项目管理处、3342913675@qq.com

吴胜杰(1979)，男，大学本科，研究方向为电气自动化，河北邯峰发电有限责任公司、新能源项目管理处、771666729@qq.com