摘要：电压质量的好坏直接关系到配电网用户的供电服务质量．因此供电企业对于配电网的电压调节和无功控制也越来越重视。但是，目前对于配电网电压协调控制和无功优化的研究大都集中在高压配电网，对于中压配电网的研究及应用却相对缺乏如今。主动配电网技术的推进为中压配电网的电压协调与无功优化控制带来了机遇与挑战。。基于此，本文主要对基于主动配电网电压的无功优化控制进行分析探讨。
关键词：基于主动配电网电压；无功优化控制
当前面临负荷不断地增长、配电网发展空间限制、电网规模较难扩展等一系列问题，为适应高度渗透率、大规模分布式电源的接入，国内外学者正积极开展智能电网背景下的具有一定调节能力的主动配电网(ADN)技术研究。在无功电压控制方面，ADN通过跨电压等级的无功电压控制，在满足电力用户负荷需求的条件下，主动地对并网DG、储能、有载调压变压器、无功补偿等设备的运行进行优化与控制，从而达到灵活控制系统供电电压，改善无功电压运行水平，降低设备的电能损耗的目的。
2、主动配电网无功电压优化控制
当配电网中DG容量有限时，对系统电压水平改善有限，且部分DG只消耗而不提供无功，使无功缺额加剧，电压偏低；当DG容量大、布点多时，则也可能因倒送的有功、无功太大而导致系统无功过剩、电压偏高。为保持系统电压水平和无功平衡仍有赖于无功补偿或者储能，而如何针对不同的分布式电源并网情况制定出合理的无功补偿策略使得配电网中的电压和无功功率得到合理控制和优化已成为目前研究的热点问题。DG接入使配电网中不确定因素增多，相比负荷波动，风电、光伏的出力变化更加频繁而剧烈，因此使得含有大规模、高渗透率DG接入的ADN的无功电压控制问题变得更为复杂。
目前的研究中，对主动配电网的无功电压控制的方法主要有以下三类：(1)基于电网结构优化的调压措施；(2)基于电网设备的调压措施；(3)基于电力系统无功优化调度的调压措施。
2.1基于电网结构优化的调压措施
“挂灯笼”就地上网接线如图1所示和“3-3”组团上网接线如图2所示。两种分布式小水电上网接线方式对配电网无功电压分布的影响，通过比较分析组团接线不仅可以改善配电网在各种运行方式下的电压质量，而且还比专线上网具有更好的经济性。
图1 “挂灯笼”就地上网接线方式
图2 “3-3”组团上网接线方式
此外，配电线路长度、供电半径、导线截面、负荷峰谷差、无功补偿度、变电站布点、网架结构等方面的改造，也会有利于电压质量的改善。因此必须通过含DG的配电网重构进行网架结构的优化。对于ADN背景下接入的多种DG，利用不同类型的DG(包含光伏、风电、微型燃气轮机等)的功率特性和无功电压控制特性上的差异和一定的互补性能(例如风光之间的互补或者储能对风/光的柔化)，实现不同类型的DG在配电网中的协调互补规划，减少配电网的无功电压波动和潮流波动，提高多种DG在配电网中的渗透率，改善配电网运行的稳定性、可靠性和经济性。
2.2基于电网设备的调压措施
基于电网设备的调压手段主要有：加装分布式储能装置、调节变压器分接头、分布式发电机组进相调压、线路电压调节器等。
2.2.1加装分布式储能装置
储能装置已被视为电网运行过程中“采-发-输-配-用-储”六大环节中的重要组成部分。储能技术是解决可再生能源随机性、波动性的有效途径，有利于可再生能源平滑输出，改善可再生能源引起的电网电压、频率及相位变化，并缓解电网调峰压力。此外，在电网发生故障或DG带负荷形成孤岛期间，储能系统能够为DG提供必要的无功支撑作为DG无功调节的辅助控制，使DG接入端端电压处于合理的运行水平。
目前应用到DG的储能方式有：以超级电容器、蓄电池储能为代表的电化学储能；以飞轮储能为代表的物理储能；以超导电磁储能为代表的电磁储能三大类。超级电容器储能容量大，投资少，技术成熟；蓄电池储能容量大，能量密度高，两者均能制成容量很大的储能系统，但与飞轮和超导储能相比，响应时间较长。飞轮和超导储能具有能量密度高、寿命长、效率高、响应快的优点，技术上可做成很大容量。
2.2.2调节变压器分接头(有载调压)
在分布式光伏电源接入馈线上规划采用有载调压配电变压器是应对分布式光伏电源电压扰动的一个有效措施]。
2.2.3DG进相调压
配电线路电压降公式如式(1)所示：
式中，V为运行电压，P为有功负荷，Q为无功负荷，R为电阻，X为电抗。
由式(1)可知，通过控制DG输出功率的功率因数进相度或迟相度可以调节线路上的电压降，改善配电线路的电压水平。对于旋转型DG，通过控制逆变器的开关来控制无功输出；对于逆变型DG，通过励磁电流来控制无功输出。
对于分布式风电并网关于无功运行方式，我国最新标准规定限制功率因数应在0.95(超前)～0.95(滞后)之间动态可调，其原理图如图3所示。上述方法中，分布式风电场的无功功率对电网电压的影响较大。
图3 限制功率因数cosΦ无功运行方式
2.2.4线路电压调节器调压
线路电压调节器通常安装在馈电线路的中部或电压较低的地方，可在较大范围内对线路电压进行调整，保证用户供电电压稳定，减少网络线损。它能够检测潮流方向，并按要求自动调节变比，保证系统电压偏差在允许范围内，可双向、快速、频繁地调整电压。
2.3基于无功优化调度的调压措施
无功优化调度可以改善电力系统中的潮流分布，降低网损以及降低电压损耗，从而改善电压质量，确保电网的安全、可靠、经济地运行。传统的配电网是被动式配电网，属单向的放射状的电网结构，其无功优化手段主要是优化投切无功补偿装置。相对于传统的被动式配电网，ADN具有多电源的特点；此外，接入的DG(如分布式光伏发电、风电等)具有较强的随机性、波动性，使得ADN的无功优化控制显得更加复杂。在现有研究中，ADN的无功优化调度主要是基于信息和通信技术，将DG、储能装置等可调节设备的无功调节与传统的无功电压调节手段相结合，实现配电网的无功优化。
总之，由于ADN中接入的DG具有随机性和不确定性，使得ADN的无功优化与传统无功优化存在显著差异，在考虑系统基本参数约束的同时，还需考虑DG的一些参数限制。目前对ADN无功优化的研究还是初步，主要是风力发电接入配电网的无功优化研究，对其他类型的DG，则要结合接口类型及DG自身特点进行研究。在ADN无功优化的工程应用中，如何使得无功电压控制能够适应DG引起的扰动，需要考虑分区协同自治、多智能协作的无功电压控制方法，以避免短时间的电压频繁波动引起的无功补偿的频繁投切。
3、结语
ADN中由于DG出力的间歇性、网架的灵活调整以及需求侧的主动管理，其运行特性和无功电压特性与传统配电网有着显著的差别。结合ADN无功电压特性，加强ADN无功电压控制的理论研究和工程实践，对适应未来DG大规模接入以及增强配电网的主动管控技术研究具有重要的参考价值和理论支撑作用。
参考文献：
[1]张庭场，耿光飞．基于改进粒子群算法的中压配电网无功优化[J]．电网技术，2012，36(2)：158-162．
[2]吕清洁，王韶，刘庭磊．含分布式发电的配电网有功—无功综合优化[J]．电力系统保护与控制，2012，40(10)：71-76+83．
论文作者:王新永,闫立东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
标签：电压论文; 配电网论文; 电网论文; 储能论文; 分布式论文; 主动论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第1期论文;