含高比例分布式光伏的配电网无功电压控制策略

含高比例分布式光伏的配电网无功电压控制策略

李道信

上海市勘测设计研究院有限公司 上海长宁区 200335

摘要：我国在经济和社会发展方面取得了令人瞩目的成就绩，但同时也面临着诸多挑战，如能耗高、环境污染等问题。如今，为实现“碳达峰”和“碳中和”等重要战略目标，迫切需要转变传统的电网结构，降低化石能源的使用比例，并大力推广新能源与可再生能源。正是在这样的背景下，分布式光伏发电应运而生。然而，分布式光伏发电的出力与负荷存在时间上的差异，导致配电网络中的剩余电量会发生反向流动，从而引发节点电压超限的问题。为了有效解决大容量分布式光伏并网带来的低压配电网络电压过高的问题，计划采用分布式储能技术对低压配电网络中的节点电压进行高效调控。通过分布式储能技术的应用，我们可以更精确地管理电网中的能量流动，确保各节点的电压稳定在合理范围内。

关键词：含高比例；光伏配电网；无功电压控制

1高比例分布式光伏技术综述

在社会和经济持续发展的同时，也不可忽视传统能源消费的增长所带来的能源短缺和环境污染问题。因此，转变能源供应结构，发展可再生能源，构建新型、清洁、高效的电网已成为迫切的需求。而太阳能，因其分布广泛、储量丰富、安全无污染以及易于开发和使用的便利性，被视为最有潜力替代传统化石能源的新能源。在我国“碳达峰”和“碳中和”等国家战略背景下，光伏产业正迈入新的发展阶段。放眼全球，法国、德国、日本、美国等国家都在大力推动太阳能发电的应用。据美国能源情报机构数据显示，至2021年年底，美国的太阳能发电系统已实现1637.03万千瓦的净发电量，其中30%是通过分布式太阳能发电系统实现的。预计到2050年，可再生能源的占比将大幅提升至42%，比2021年翻一番；而太阳能和风能将成为美国新一代新能源的主要电源，其中太阳能发电有望占据新能源发电总量的80%和25%[李1]。太阳能光伏发电主要分为集中式和分布式两大类。集中式光伏电站通常建设在大面积土地上，规模在10MW或以上。而分布式光伏电站则设置在屋顶等地，容量相对较小，通常小于10k6MW。分布式光伏发电装置能够在当地条件下实现就近利用，替代常规矿物能源，从而减少煤炭等资源的消耗。近年来，随着光伏产业的蓬勃发展，集中式光伏发电已逐渐趋于饱和，而在国家相关政策的推动下，分布式光伏发电得到了迅猛的发展。

2高比例分布式光伏发电接入配电系统中无功电压的研究进展

2.1分布式光伏发电系统的协调电压控制研究进展

针对当前高比例分布式光伏并网对配电系统运行提出的严峻挑战，集中控制理念逐渐被社会所接受。随着光伏并网规模的不断扩大，对配电网的安全性和可靠性提出了更高的要求，亟须对其进行全面的规划、合理的调度和高效的控制。分布式光伏发电群是由多个节点组成的，它们之间的电气耦合程度高，有功时序互相匹配，无功就地平衡。

2.2配电网中分布式光伏并网运行的过压控制研究进展

有载分接开关(OLTC)是指在负荷运转过程中，通过调节连接处的齿轮，使一二次电压比值发生明显的变化，因此，有载分接开关是一种新型的有载分接开关。针对配电网中因并网而导致的电压超限，提出了一种基于远程测控终端的有载调压变压器控制方法。但是，OLTC的作用会产生较大的时滞，而且调节的频率也不能过高。这使得该控制方法在电网负荷频繁变化的情况下，不能对电网的电压调整做出快速的反应。

2.3分布式光伏并网对电网系统的影响

分布式光伏发电在我国已得到广泛应用，其技术日趋成熟，在为用户提供极大方便的同时，也威胁到了电网的安全。分布式光伏发电技术具有绿色环保、低损耗、可实现高电压等级等诸多优点，然而，大规模分布式光伏并网势必会对其运行造成一定的冲击：一是分布式光伏并网后，配电系统中的潮流将发生改变，导致系统中出现双向潮流，增加了电网电压的复杂度。同时，由于受气候、环境等外部因素的影响，分布式光伏发电系统具有较强的不确定性、间歇性等特点，本项目将研究分布式光伏接入后配电网的电压特征。针对这一问题，国内外学者已从不同角度开展了相关研究，主要包括：分布式光伏并网前和并网后的电压分布变化、超压发生的机制和控制方法等。

3基于集群的分布式光伏无功电压控制策略研究

3.1无功电压群集控制策略研究

通过对配电网进行聚类分析，使其控制变得简单，对各个簇的操作具有更大的灵活性，能更好地适应不同工作状态下的运行特性。在此基础上，本项目拟在已有研究成果的基础上，研究基于无功电压敏感性的簇内无功/电压调控方法，以及基于主导节点的簇间协同控制方法。采用群集方式对无功电压进行自动控制。在簇中无功容量不足的情况下，通过群间的协同控制策略进行切换，以保证系统中无功容量充足的安全簇向未达标的簇进行无功补偿，直至负荷全部降至正常值。前置是一个节点，它可以用来表示一个簇中的电压水平。它必须和其他的节点有很强的连通性。通过选取若干典型的主导节点，使其能够在协同工作中获得最优的合作关系。在明晰其对电压敏感程度的基础上，能够判断出其最优协同关系；另外，在无功调整的过程中，根据风险簇的主要节点，可以反映其他簇中的电压节点的变动。这就要求所选取的节点既要能观察，又要能控制。

3.2用无功电压敏感性分类指数

对具有相似调节功能的分布式光伏进行聚类，在配网出现突发事件时，对其进行统一的无功支持，保障配电网的稳定运行。当然，这种集群中的分布式光伏节点必须具备足够的无功调节能力，以应对突发事件时的无功支撑。在配电网中，减少分布式光伏发电的无功出力，是一种有效的调控方式，也是一种有效的方式。分布式光伏发电系统无功功率的大小直接关系到其对无功电压的控制效果。由于聚类的外在特性能够在某种程度上解释簇的结构，因此，在对簇的强弱研究中，往往将簇的外在特性转化为簇的外在特性，而对簇的外在特性往往难以定量地进行研究。

有许多种方式可以进行群集划分，每一种都有其优缺点。本文提出新的基于结点采样的聚类算法。在聚类过程中，通过对各结点的采样特征进行聚类分析。由于本算法是以单节点为基础，所以适用于小规模、小节点的电力系统。将电网的整体结构抽象成一个图形，将节点和线分别抽象成两部分。用边权值来表征节点间的关联程度。该方法通过将聚类分解与组合优化相比较，构造合适的模型进行聚类分割。该算法以分区指标为目标，以各节点为决策变量。该算法可用于大型电网中节点数较多的情况。

结束语：

综上所述，为解决分布式光伏并网引起的电压超限问题，现有的无功控制方法难以适应多种工况条件。另外，在传统的集中控制方式下，由于存在高、多变量等问题，使得其在配电网络中的应用范围受到限制。如何对配电网的电压进行有效调控，并对其进行合理、高效的应对，以解决由分布式光伏出力的波动性与不确定性引起的配电网电压控制问题，是亟须解决的问题。

参考文献：

[1]田昕泽. 含高比例分布式光伏的配电网无功电压控制策略[D]. 南京邮电大学, 2023.

[2]朱林. 含高比例分布式光伏低压配电网电压控制策略研究[D]. 沈阳农业大学, 2023.

[3]方国成. 含高比例分布式光伏配电网电压控制策略有效性评价[D]. 燕山大学, 2021.

[4]屈高强.考虑多影响要素的分布式光伏接入配电网馈线位置及容量研究[J].电测与仪表, 2021, 58(05): 130-136+158.

[5]陈超,金涌涛,蔡政权,等.面向高密度分布式光伏接入配电网电能质量治理的节点灵敏度分析方法[J]. 电力电容器与无功补偿, 2019, 40(03): 137-142+152.

[6]黄伟,董旭柱,雷金勇,等.大容量分布式光伏并网对配电网综合影响分析[J].电力系统及其自动化学报, 2016, 28(11): 44-49.

[李1]只能有一个数据吧，要么80%，要么25%.