分布式光伏系统无功控制策略研究

分布式光伏系统运行状况受环境因素影响,光照强度、温度等外部因素具有波动性和间歇性等特点,使得系统出力具有相同特性。分布式光伏并网规模越来越大,其对电网的影响愈加明显,由于无功不足,电网电压越限问题已成为最主要的问题之一,制约分布式光伏并网规模扩大。提高分布式光伏发电的接纳容量亟需研究分布式光伏并网系统电压越限的控制方法,因此,研究了德国电气工程师协会提出的4种无功功率控制策略,对4种无功控制策略的控制能力进行分析。     

高比例分布式光伏并网无功电压控制方法综述

随着我国光伏装机容量逐年提高以及整县光伏试点工作的全面开展,分布式光伏并网渗透率提升迅速,高渗透率对配电网电能质量的影响日益凸显。其中,光伏并网点的电压越限问题严重威胁配电网安全运行,面向光伏的无功电压控制方法研究是未来光伏能否大规模并网的关键,目前对于无功电压控制技术仍处于广泛研究阶段,因此对现有光伏无功电压控制技术研究进行归纳总结。首先对光伏系统的光伏电池本体和光伏并网逆变器建模,随后分析单一及多光伏源配电网接入对有功功率、无功功率以及电压的影响,最后从无功电压调节速度、调节裕度、设备投资、安全性等多个角度对各类无功控制方法优缺点进行综述对比,并对未来高比例分布式光伏并网无功电压控制研究提出展望。     

分散式风电AVC策略

传统的自动电压控制(AVC)策略主要针对风电场,且其关注点仅仅为并网点或远端单节点电压情况,并不适用于分散式风电,为此提出了改进AVC策略。改进的AVC策略选取配电网电压偏差最严重的节点作为控制节点进行无功整定得到无功指令值。结合分散式风电多点接入的特点并综合考虑多种分配算法,将无功分配算法分为3个层面:不同节点之间按灵敏度大小进行无功指令值分配;同一节点不同机组之间按机组无功容量分配无功指令值;双馈机组内部定子侧优先分配无功指令值。通过算例仿真验证了改进AVC策略的有效性与可靠性。与传统的AVC策略相比,改进AVC策略能够根据分散式风电接入配电网方式较为灵活的特点,充分利用多台风电机组的无功输出能力,有效地改善配电网电压水平。     

含分布式光伏发电的中压配电网电压控制策略

随着分布式光伏发电并网规模的不断扩大,由光伏发电功率与负荷之间不平衡引发的逆向潮流导致的电压越限问题日益受到关注。在光伏接入点的电压分析及无功/有功调压分析的基础上,提出了无功/有功协调控制策略,通过光伏逆变器的无功输出补偿及光伏发电量优化管理,实现配电网节点电压的控制。仿真分析结果表明,该策略能在兼顾光伏利用效率和经济性的同时,较好地解决含分布式光伏发电的配电网的电压越限问题。     

含分布式光伏的配电网无功电压控制策略研究

随着配电网中分布式光伏等清洁能源渗透率的不断增加,有效地缓解了能源压力。但其并网点的电压越限问题不容忽视,为此,提出了一种含分布式光伏的配电网无功电压自适应控制策略。首先,分析了光伏并网点电压越限的基本原理;其次,针对负荷大扰动和光伏有功功率输出波动性引起的电压越限问题,分别提出自适应控制策略,通过降低光伏逆变器的有功功率以及增加无功功率的调节能力提高控制效果;最后,结合仿真算例进行分析,结果表明所提策略可以有效降低并网点电压,证明了所提策略的有效性。     

基于有功自适应调整的光伏电站无功电压控制策略EI北大核心CSCD

光伏逆变器的无功电压控制在解决并网光伏发电系统电压越限问题时取得了很好的效果,但目前为了保证光伏的消纳能力,相关研究主要集中在单一的无功电压控制方面,无法满足电网出现较大无功缺额时的安全稳定运行需求。因此,根据光伏逆变器输出无功和有功的关系,提出一种基于有功自适应调整的无功电压控制策略。光伏逆变器正常工作在最大功率点跟踪控制模式下,若并网点电压越限,考虑各个光伏集群无功调压能力的差异性,采用无功变下垂控制为电网提供相应的无功功率,实现各个光伏集群无功分配的协调控制。在逆变器的无功容量不足时,根据优先级削减部分光伏输出的有功功率,以满足系统的无功需求。在夜晚或系统无功缺额较严重时,光伏逆变器作为静止同步补偿器(static synchronous compensator,STATCOM)运行。最后,在PSCAD/EMTDC仿真平台上,搭建并网光伏发电系统的模型,验证所提策略的有效性。     

电压越限概率指标及其在含风电场电网无功优化控制的应用

针对间歇性风电使得基于实时无功优化的电压控制效果劣化问题,提出一种含风电场的无功优化控制模型,用以应对风电功率不确定性对电压控制的影响。根据变速恒频风机有功出力的概率分布,联合风电出力变化与电压变化的关系提出电压越限概率指标及其表达式,基于电压越限概率建立无功优化控制模型。以国内某电网为例,分别应用传统无功优化控制模型和文中所提出的模型进行无功优化控制,并对比其优劣性。结果表明,所提模型不仅能够有效地控制电压,还能降低风电接入下节点电压发生越限的概率。     

独立型虚拟同步化微电网分布式无功-电压二级控制策略

针对独立型虚拟同步化微电网无功-电压控制的初级调节特性,在虚拟同步控制技术的基础上,提出了一种计及虚拟同步变流器剩余无功容量的独立微电网分布式无功-电压二级控制策略。该策略以提高系统无功容量利用率及平均电压水平为目标,通过相邻虚拟同步机控制器间的分布式稀疏通信,实现系统平均无功标幺值及端口平均电压值评估。在此基础上,通过所提分布式二级控制器得到虚拟同步变流器无功-电压下垂参数的最优参考值,从而实现无功功率最优分配与电压调节,在提高系统无功容量利用率的同时改善电能质量。基于MATLAB/Simulink搭建独立型虚拟同步化微电网模型,通过仿真验证了所提策略的有效性及其相较于传统无功-电压调节策略的优越性。     

计及光伏出力不确定性的配电网混合时间尺度无功/电压控制策略

针对大量光伏接入配电网造成的诸如网损增加、电压波动和越限等调压方面的问题,该文提出一种日前无功/电压优化控制与实时自治控制相结合的混合时间尺度无功/电压控制方法。在日前时间尺度上,构建了以期望网损、电压偏移以及电压越限风险为目标,综合考虑变压器有载分接头和电容器组动作,以及光伏逆变器无功发生能力约束的不确定优化模型,为高效求解无功动态优化这一高维度的混合整数非线性规划问题,提出一种基于概率潮流的松弛-聚类-校正动态无功优化解耦求解方法;在实时时间尺度上,以日前优化控制结果为运行基准点,推导出逆变器无功出力调节增量与光伏实时出力预测误差之间的近似关系,融合日前时间尺度的电压灵敏度信息构建了仅依赖本地实时信息的实时自治控制策略。通过改进的IEEE 33系统进行仿真分析,验证了所提无功/电压控制策略的有效性。     

基于电压趋危系数的配电网多时间尺度自适应无功电压控制

高比例分布式光伏接入配电网后,源荷不匹配可能会导致电压越限。在电压偏差量和电压波动量基础上,定义了评估配电网不同运行场景的电压趋危系数(voltage tendency coefficient, VTC),提出了基于电压趋危系数的多时间尺度自适应无功电压控制方法。在长时间尺度下,构建了以经济性和安全性满意度最优为目标的日前优化调度策略;在短时间尺度下,通过电压趋危系数动态修正传统下垂控制的固定斜率,以释放光伏逆变器无功裕度。同时,在短时间尺度优化控制中加入对长时间尺度的反馈校正环节。通过算例系统进行仿真,验证了提出的无功电压控制方法的有效性。     

含异构分布式电源的微电网无功功率分散分层控制策略

无功功率—电压下垂与电压—无功功率下垂是多逆变器孤岛微网系统中两种典型的分布式电源无功控制方式。针对含异构分布式电源的微电网,提出了无功功率的分散分层控制策略:①通过改进空载电压,能够在阻抗不匹配的情况下实现无功功率的合理分配,并将公共连接点(PCC)电压恢复至额定值;②基于不同时间尺度搭建分层结构,能够满足微网静态和动态性能的需求;③摆脱传统控制中通信的制约,实现分布式电源即插即用效果。最后,小信号分析、时域仿真以及RT-LAB硬件在环仿真实验验证了控制策略的可行性和有效性。     

基于分层原则的风电场无功控制策略

针对由具有动态无功调节能力的变速恒频风电机组（包括变速恒频双馈异步风电机组和直驱永磁同步风电机组）组成的风电场,提出了一种新的电压无功分层控制策略。该策略由风电场局部区域某节点电压与参考值的偏差得到整个风电场的无功功率需求,并按等功率因数算法分配给各台风电机组,作为其无功功率控制目标参考值。参考值的实时整定过程考虑了风电场无功功率输出约束和功率因数约束。算例表明,所提出的策略既可抑制由周边负荷变化引起的控制点母线电压波动,又可抵御由局部电网故障造成的控制点电压跌落,具有维持风电场接入局部区域电网电压稳定的作用。     

改善接入地区电压稳定性的风电场无功控制策略

针对大规模风电场接入电网带来的电压无功问题,提出一种改善接入地区电压稳定性的变速恒频风电场无功控制策略,在系统发生扰动时,以接入点为电压控制点,扰动前的稳态电压为控制目标,动态调节风电场输出无功功率,维持接入点电压水平。实际应用时,该策略利用系统部分雅可比矩阵推导风电场的电压无功灵敏度信息,并根据风电场的无功输出能力计算风电场无功调整量,同时通过设置控制死区和延时,避免了风电机组的频繁调控。仿真算例表明,采用所提策略能够充分发挥变速恒频电机风电场的快速无功调节能力,有效抑制风速扰动、负荷变化等因素引起的电压波动,维持接入地区电网的电压稳定性。     

风电场群接入地区电压无功协调控制的研究

针对大规模风电场群接入电网的现状,研究了一种风电接入地区的风电场群电压无功协调控制策略,通过控制各风场无功功率的输出,维持控制点电压稳定。首先计算控制点电压所需的无功调整量,然后采用无功功率电源的最优分布准则将无功调整量分配到每个风场中,充分利用了每个风场无功补偿设备的无功调节能力,使每个风场都参与到了接入区域的电压稳定控制中。模拟了风速、电压跌落两种扰动,结果表明采用文中的控制策略能够有效抑制控制点的电压波动。     

计及风电功率波动影响的风电场集群无功电压协调控制策略

针对大规模风电场集群区域有功出力随机波动、无功设备种类繁杂等典型特征引起的无功电压问题,提出一种计及风电功率波动影响的风电场集群无功电压协调控制策略。该策略根据风电功率预测信息、当前运行信息和历史断面信息建立多目标优化控制模型,并采用基于过滤集合的内点算法求解。通过利用汇集站和风电场的自动电压控制子站实现闭环控制,该控制策略能够对集群区域内离散设备和动态设备的动作响应实行差异化管理。对中国"三北"地区某实际风电场集群地区进行仿真计算,结果表明,所提控制策略能够改善中枢节点的电压控制效果,协调离散设备和动态设备的运行配合,维持集群区域的静态电压稳定性。     

基于DFIG可用无功裕度的风电场无功电压控制方法

本文提出一种新型双馈风电场无功电压控制方法,旨在满足风电场并网点电压要求的同时能够减少各机组机端电压的差异,以提高机组联网运行能力。该方法考虑了风电场的有功电压特性与双馈型风机的无功调控裕度,通过实时监测风电场升压站高压侧母线电压偏差能较准确地计算风电场无功需求;建立了以降低各机组机端电压差异为目标的无功控制模型,并利用遗传算法确定各机组无功输出分配方案。仿真算例验证了该方法能有效降低各机组机端电压差异,使并网点电压满足电网运行指标。     

小型分布式风力发电系统设计及控制技术

介绍了西安世界园艺博览会中展示的小型分布式风力发电系统的总体规划和设计,分析了该风力发电系统中所使用控制系统的工作原理、工作模式和运行控制机制。     

大规模并网风电场的无功电压紧急控制策略

近年来频发大规模风电机组连锁脱网事故,需要深入研究事故发生的机理以及防御该类事故的措施和方法。文中首先基于实际风电外送电网拓扑和参数建模,仿真重演了风电机组连锁脱网事故的暂态过程;分析了该暂态过程中风电机组和无功补偿装置的动态无功响应能力。提出了综合考虑以上动态无功响应能力的大规模风电场全过程无功电压紧急控制策略:在电压跌落期间,风电机组网侧变流器基于电压变化量提供实时动态无功支撑,以缓解电压跌落;在故障切除之前,主动切除部分无功补偿装置来抑制暂态过电压;在故障恢复阶段,根据电压判据重新投入无功补偿装置,为系统提供无功调节能力。最后,通过仿真验证了所述策略的可行性和有效性。     

兼顾接入地区无功需求的风电场无功控制策略

越来越多的风电并入电网后,对接入地区的电压影响也越来越大,为此,系统要求风电场能够对接入地区提供电压/无功支撑。文中提出了一种兼顾风电接入地区电压/无功需求的风电场无功控制方法。该方法以接入变电站低压侧电压作为控制电压,将风电场无功控制区分为正常控制区、异常控制区、紧急控制区和脱网控制区,并给出3种控制模式,即异常控制模式、紧急控制模式和故障控制模式。利用某一时段的控制电压平均值作为选择无功控制区的依据,并综合相邻2个时段的平均控制电压差值和接入变电站与风电场之间的通信情况选择无功控制模式。实际系统算例分析结果表明:所提出的方法能够合理调整风电场的输出无功功率,在很少的控制周期内将控制电压调整到合格范围,使一个测量周期内的平均电压合格,有效地为风电接入地区提供无功支持。     

电网电压不平衡时全功率风电并网变流器的控制策略

电网电压不平衡条件下,电压负序分量将导致直驱式永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)全功率并网变流器的直流侧电压出现2倍电网频率的谐波,长期处于此工况下将显著影响直流侧电容的使用寿命,危及机组的稳定运行。建立了电网侧变流器的数学模型,在计及并网阻抗对有功功率影响的基础上,提出了一种以增强直流侧电压稳定性为目标的控制策略。其中,电网侧变流器正负序电流指令通过保证直流侧电容及并网电抗器之间无2倍频振荡的有功功率流得到,指令的计算无需求解复杂的高阶矩阵,也没有引入更多的变量。由直驱式永磁同步风电机组的仿真结果验证了所提出的电压控制策略的有效性。与传统的平衡控制策略相比,这种控制策略能在实现直流侧电压稳定控制的同时,使输出至电网的有功功率2倍频波动得到有效抑制,提高了该型机组不平衡电网电压条件下不间断安全稳定运行能力。