分布式光伏并網無功電壓控制分析

國華(江蘇)風電有限公司 王 蒙 顧素平 郭闐輝 張發平

1 分布式光伏并網系統對無功電壓產生的影響

對于分布式光伏發電并網容量較大的問題，常常會引發電網運行穩定性失衡，甚至對整個電力系統供電質量造成影響，使得相應的工作無法有序開展和運行。一方面，相較于傳統的配網輻射狀應用模式和運行結構，分布式光伏并網系統的應用從結構本質上產生了很多差異，且并入的分布式光伏發電數量也在增多，單一化電源模式就會增加諧波污染、電壓異常波動等相關問題的發生幾率，使得并網模式對無功電壓的穩定性產生作用[1]；另一方面，也正是由于分布式光伏并網模式的應用和推廣，電源安裝數量隨之增多，甚至伴有超出負荷的情況，使得接入位置存在明顯的電壓越限情況。

自祖父起，我們家就與九江結下難解之緣。母親非常喜歡廬山，直到年老癱瘓，坐輪椅還要上山。五哥出生在九江，一生命運多舛，為國家做了不少有益的事情，是享有國務院津貼的專家，去年98歲在杭州離世。我們按照他的遺囑歸葬九江，用不銹鋼小棺盛上他的骨灰，沉入潯陽江底。

因此選用適合該景觀區的采樣方法，即選用多點組合的巖屑代替水系沉積物樣品的化探采樣方法，用水系沉積物測量有效控制匯水域的原則[16]，不但能克服水系沉積物測量難以排除較多風成物的弱點，又能避免土壤測量工作量太大而無法快速覆蓋工作區的特點。

由圖1可知，電網整體的電壓參數為Es，分布式光伏發電并網后網點的電壓為Vg，整個線路的電阻參數為R、線路的電抗參數為X，若是計算負荷功率則P1+jQ1，而若是計算分布式光伏發電系統輸出功率則為Pg+jQg。一旦分布式光伏發電接入電源，就會形成負荷的直接供給處理，能實現功率的平衡，并有效補償功率損耗為電網電壓穩定運行提供保障。然而，一旦整個線路中分布式光伏發電數量增多，那么對應匹配的電源數量也會增大，有功功率參數會急劇升高，并網位置點電壓數值增大，必然會出現電壓越限的情況。

綜上，要結合分布式光伏并網的情況，進一步了解其對配電系統無功電壓產生影響的原因，從而制定更加規范有效的控制方案，將接入配電網電壓越限標準等參數作為規范，更好地建立潮流分析過程等，合理調控系統電壓，減少對配電網無功電壓產生的影響[2]。

2 分布式光伏并網無功電壓控制策略

為緩解分布式光伏并網對無功功率產生的影響，就要結合實際情況落實相應工作，確保電壓控制工作的合理性和規范性，打造更加完整且規范的電網應用控制平臺。

2.1 電壓參數正常狀態

由以上兩組對比可知，在最優路線的求解上，本文算法相比較于文獻[12]中的算法具有一定優勢，驗證了本文算法的優勢性。

2.2 電壓越限狀態

對于并網發電系統容量較多的情況，一旦系統負荷功率參數較小，若不能及時對系統電壓予以合理性調控管理就會伴有電壓越限的現象，基于此，要想提升無功功率補償效果，在不增設設備投資的前提下維持整個電網運行的規范水平，就要在應用逆變器的同時配合cosψ(U)控制策略，將并網點電壓的相應要求、電壓大小等作為研究對象，落實更加合理且規范的應用平臺。在cosψ(U)控制策略中，分布式光伏發電并網系統包括電流控制環、直流電壓控制環、無功控制環等（圖2），借助前饋解耦控制，保證相應的控制單元彼此獨立，并著重設定直流電壓參考數值和無功功率參考數值，確保能滿足并網點規范調控電壓的需求。

與此同時，在建立cosψ(U)控制策略方案的基礎上，利用并網點電壓標幺數值計算模塊和瞬時功率計算模塊的變化情況，從而評估系統的工作狀態，為后續給定合理的參考數值提供保障，配合MPPT 控制模塊獲取電壓參考數值和無功功率參考數值，同步PI 控制，就能更好地維持分布式光伏發電系統并網后的穩定性，減少對無功功率產生的影響。

為保證分布式光伏并網后整個電網運行狀態的科學性，也要結合實際情況落實相應工作，確保全面分析電網并網系統的特性，總結直流側有功功率、分布式光伏輸出有功功率等參數，針對電壓越限問題基于恒無功控制開展相應工作，才能在提升應用效果的同時，減少不穩定造成的負面影響,主要是采取cosψ(U)控制策略[4]。

圖2 cosψ(U)控制策略結構示意圖

由圖2可知，在cosψ(U)控制策略中，總控制模式要結合電流控制環、無功控制環、直流電壓控制環在分析前饋解耦控制后對并網點的有效數值予以測定，能獲取對應的電壓參數，應用三相電路瞬時功率理論還能對逆變器輸出的瞬時有功和瞬時無功按照P=3/2(idUsd+iqUsq)、Q=3/2(idUsd-iqUsq)進行計算，其中，Usd表示的是并網點的有功電壓、Usq表示并網點的無功電壓，id表示并網點有功電流、iq為并網點無功電流[5]。

2.2.1 技術原理

一旦出現并網點電壓標幺數值超出限定范圍情況，就要結合實際狀態判定其電壓超出上限還是下限，進入到循環指令環節中，最大程度上減少功率因數并評估變化步長。依據Δc（Δc＜0.05）進行分析，若是Δc 較大逆變器允許容量范圍被突破，若是Δc 較小則會延長對應的調節時間，一般Δc 取值為0.02，能在兼顧調控時間的同時減少無功容量需求較低的情況，確保能利用循環控制流程更好地對并網點電壓予以調節，從而最大程度上保證并網點電壓能盡快調節到規定的科學要求參數范圍內[7]。

2.優化高校周邊生活環境。我國高校有著較高的開放性，學生與外界社會有著較多的接觸，校外校內的生活環境如果不好，將會對學生的思想價值觀念帶來較大的影響，進而在校園內產生一些不良的社會風氣，引發突發事件發生。因此應當加強對高校周邊生活環境的改善。

要結合整個系統應用規范和要求選取適宜的逆變器，配備專業型號并了解最大無功功率容量，設定為Qmax。本文選取的是ORN-12KVA/220T 逆變器，設備的額定功率參數為9.6kW[6]；在確定設備后要依據實際情況落實后續的計算分析工作，初始狀態下光伏并網逆變器的功率因數選取數值為1，并將電壓設定數值控制在可控安全的裕度范圍內。也就是說，Umax為1.05UN則標幺數值為1.05、Umin數值為0.95UN則標幺數值為0.95，以此評估對應的安全范圍。

主要針對的是有功出力變化和負荷擾動造成的電壓不穩，此時一般是借助逆變器等相應的輔助設備，有效整合應用控制平臺，發揮相應元件的應用優勢作用，借助逆變器完成無功功率的處理，保證分布式光伏并網的相關節點位置電壓穩定，從而真正意義上減少電壓不穩產生的質量問題。另外，假設逆變器輸出有功功率設定為M，則逆變器的實際容量設定為N，逆變器輸出的無功功率就會利用進行計算，從而評估整個電壓的應用狀態[3]。

2.2.2 流程設計

讀者并非對紙本圖書不感興趣。根據相關研究，近90%的被調查者希望圖書館能夠同時購買紙質書和電子書；若圖書館只能選擇一種圖書載體，與僅購買紙本書相比，被調查者在僅購買電子書方面表現出了更強烈的反對態度。在高等師范類院校的調查中，紙質圖書是占比最高的大學生閱讀載體。2006-2017年全國公共圖書館總流通人次及書刊外借冊次呈拋物線形式上升。隨著全民閱讀活動和閱讀推廣活動的開展，成年國民傾向的閱讀形式中，占比最高的也是紙質圖書。國外的尼爾森圖書業務總裁認為，未來電子在達到30%-35%的份額時，整個圖書出版業將趨于穩定。

2.3.3 仿真建模

結合cosψ(U)控制策略的原理，為更好發揮技術措施的應用效果，要結合仿真平臺搭建恒無功控制模式，具體參數如下：光伏電源直流電壓180V、電網額定電壓380V、電網額定頻率50Hz、電感參數0.003H、電容參數10μF、線路型號LGJ-25mm2。仿真環節主要設定為PLL 環節、Park 變換環節、瞬時功率計算環節、電壓和無功功率控制環節、電流內環控制環節等，并配置SPWM 控制環節。

PLL 環節、Park 變換環節主要是依據PSCAD軟件建立對應模式，能實現自動跟蹤電網的狀態，及時記錄相應的頻率參數和相位參數，并結合變換要求獲取相位角，一般是對三相正弦波輸入量予以坐標分析，獲取分量；外環控制環節要結合cosψ(U)控制策略的要求直接設定無功參考數值，并建立瞬時功率計算模塊，利用PI 控制就能分析不同電流參數數值，以便于能更直觀地分析功率外環中瞬時功率和恒無功狀態相關情況；電流內環控制環節對比分析實際電感電流和參考電流，利用同步PI 控制器就能調節差值，并配合電網電壓前饋補償機制，獲取控制電壓的相關參數，而在SPWM 控制模型中還能依據電壓分析調制信號，從而更好地獲取控制信號，保證能有效控制逆變器輸出合理性的電壓參數，最大程度上保證分布式光伏發電并網系統的應用價值，維持無功功率的穩定性[8]。

在應用仿真模式后，相較于傳統單一化應用逆變器調壓cosψ(U)控制策略對逆變器的容量需求有所降低，且對應的調節時間增快。

3 結語

為順應節能環保、低損耗的清潔能源發展要求，要積極應用分布式光伏發電模式，并且要結合實際情況全面分析其應用狀態和升級改良方案，盡量減少對無功功率產生的影響，配合電網的實際情況完善無功電壓控制策略的應用方案，確保綜合處理效果符合預期，一定程度上實現經濟效益和環保效益的雙贏。