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摘要：近年来，我国的电力行业发展迅速，电站建设越来越多。高渗透率光伏电站并网会导致配电系统潮流逆向和节点电压越限。因此，为保证电网的安全稳定运行，必须对光伏电站接入点的越限电压进行调整。根据光伏逆变器的容量特性和技术规范，以调整逆变器有功/无功功率为手段，提出了光伏电站逆变器电压控制策略和逆变器有功/无功功率调整的计算方法。所提电压控制策略充分利用了逆变器容量进行电压调整，具有良好的控制效果和经济性，计算简便且无需获取馈线负荷水平和分布情况。仿真分析表明，所提逆变器电压控制策略能够较好地解决光伏电站接入点的电压越限问题。
关键词：光伏电站；逆变器；电压控制；功率因数
引言
随着世界经济的飞速发展，人们对传统能源的过度开采已愈发严重，石油、煤炭等传统能源的枯竭已经不可避免。可再生能源将会成为人类未来替代传统能源的最佳形式，其中光伏发电资源充沛、较少受地域限制、清洁可靠等特点赢得人类青睐。但随着越来越多的光伏并入电网，问题也随之而来。由于光伏发电区别于传统的输配电网的电力传送方式，大规模的光伏接入电网后其逆向潮流势必改变传统配电网的辐射式传播方式，配电网的电压偏差将会受到巨大冲击。而电压偏差正是影响光伏接入容量的最大制约因素。故研究分布式光伏接入配电网对电压影响，有助于合理充分利用光伏发电，并保证配电网的安全、稳定运行。
1分式光伏对配电网电压影响机理
1.1未接入分布式光伏
假设流入负载的有功及无功功率均为正值，流出负载的为负值。不考虑线损，则在分布式光伏PV接入配电网前，第m个与第m-1个负荷之间的电压降为
分析式（1）不难得出，当Pn与Qn均大于0时，则ΔUm<0，Um<Um-1。由于负荷消耗有功功率及无功功率均大于0，故线路压降大于0，即线路电压由首段至末端呈不断降低趋势。第m个负荷处电压Um为
2光伏逆变器电压控制策略分析
将调整逆变器功率因数角作为光伏逆变器调压过程中的第一选择。光伏电站注入配电线路的有功功率过剩是导致节点电压越限的根本原因。虽然在逆变器功率因数约束阶段(cO段)中会牺牲光伏电站发出的部分有功功率，但可以从源头上缓解电压越限对众多电力设备及配电线路造成的严重危害。考虑到该阶段会减小光伏电站的有功出力，经济性较差，因此将削减光伏逆变器有功功率作为电压调整策略中的最后手段。本文以调整逆变器功率因数角且最大限度地避免有功功率缩减为原则，提出了一种光伏逆变器电压控制策略，其控制流程如附录中图A1所示。光伏并网后，对光伏电站接入点目标电压限值Uk，lim和逆变器最大功率因数角θmax进行设置，并对光伏逆变器的功率S、功率因数角θ和光伏电站接入点电压Uk进行监测，其中下标k为光伏接入节点号。无功功率补偿阶段:当Uk＞Uk，lim时，若逆变器的功率S未达到最大值Smax且功率因数角θ也未达到最大值θmax，则进入光伏逆变器的无功功率补偿阶段(ab段)，即通过调大光伏逆变器的功率因数角θ，在不牺牲有功功率输出的情况下，发出感性无功功率进行补偿。最大功率调整阶段:当Uk＞Uk，lim时，若逆变器的功率S已达到最大值Smax而功率因数θ还未达到最大值θmax，则进入光伏逆变器的最大功率调整阶段(bc段)，即调整光伏逆变器的功率因数角θ，通过牺牲有功功率输出的方式多发出无功功率QPV进行补偿。功率缩减阶段:当Uk＞Uk，lim且功率因数角θ达到最大值θmax时，则进入光伏逆变器的功率缩减阶段(cO段)，即通过削减光伏逆变器功率的方式进行电压控制。
3仿真结果分析
3.1未接入光伏时配电网电压水平
为了与分布式光伏并入配电网对电压影响作对比，针对未接入光伏时IEEE-14节点配电网络电压偏差水平作仿真分析。在光伏未接入时，IEEE-14节点配电网络由于线路电压损耗，各节点有一定电压偏差。
3.2光伏逆变器电压控制策略有效性分析
在节点处接入一光伏电站，逆变器最大功率Smax=2．5MV•A，当其有功功率PPV=2．475MW时，光伏电站接入点的电压U16=1．0752p．u．。计算过程如下。a．根据光伏逆变器电压控制策略实现流程，首先进入逆变器无功功率补偿阶段。经计算，若光伏逆变器通过无功功率补偿的方式将节点电压调整至Ulim，需要光伏逆变器提供的感性无功功率QPV=0．6596Mvar。当光伏逆变器达到最大功率时，功率因数为0．99，发出的感性无功功率QPV=0．3527Mvar，U16=1．0616p．u．，电压依旧越限，电压控制策略转入逆变器最大功率调整阶段。b．在逆变器最大功率调整阶段中，经计算，若通过调整逆变器功率因数的方式将节点16电压调整至Ulim，逆变器的有功功率PPV应调整为2．4388MW。但当逆变器达到功率因数限值cosθmax时，逆变器发出2．45MW的有功功率以及0．4975Mvar的感性无功功率。此时U16=1．0545p．u．，电压依旧越限，电压控制策略转入逆变器功率缩减阶段。c．在逆变器功率缩减阶段中，经计算，将逆变器有功功率PPV缩减为2．3843MW，此时节点16电压降至1．0509p．u．。然后经逆变器有功功率进行修正计算，逆变器有功功率修正值ΔPPV=－0．016MW。最终光伏逆变器发出2．3679MW有功功率和0．4808Mvar感性无功功率，节点16电压稳定在1．05p．u．。该算例中，逆变器经历了3个阶段，最终实现了光伏电站接入点电压的精确控制。
3.3并网容量对电压偏差的影响
为了探究不同容量分布式光伏并网对配电网电压偏差带来的影响，分别设置并网光伏容量为配电网络总有功负荷容量的25%、35%、45%、55%（即7.18MW、10.05MW、12.92MW、15.79MW），同等容量光伏并于馈线末端时对电压偏差的影响最大，故对不同容量分布式光伏从馈线1末端节点7并网进行仿真分析。由此可知，配电网络电压偏差随着注入配电网络的分布式光伏容量的增大而增大，且越接近并网点所受到的影响最大，并网点处电压偏差受到的影响最严重。
结束语
综上所述，本文提出了基于光伏逆变器的电压控制策略，并推导了逆变器在不同电压控制策略下的调整计算公式，解决了光伏电站并入配电网节点的电压越限问题，并通过仿真验证了所述方案的合理性和有效性，得到了以下的结论。a．提出基于光伏逆变器的电压控制策略。为了尽量避免光伏电站有功功率削减，保证光伏的最大功率跟踪，所提策略优先通过调整光伏逆变器功率因数角的方式进行电压控制，若逆变器功率因数角达到最大后节点电压依旧越限，则对光伏电站的有功出力进行削减。b．分析和仿真了控制参数的误差对逆变器有功/无功功率的敏感程度，并在逆变器计算方法的基础上，提出一种逆变器有功/无功功率的实时修正计算方法，最终实现光伏电站接入点电压的精确控制。
参考文献
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论文作者:赵红伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/10/8
标签：逆变器论文; 电压论文; 光伏论文; 功率论文; 功率因数论文; 电站论文; 节点论文; 《基层建设》2019年第18期论文;