摘要：本文对电压无功调节装置进行了阐述，以最高节点电压合格率为目标，对电压优化数学模型进行构建，并与配电网运行中变化情况相结合，选择收敛性较好的遗传算法对分布式电源接入配电网电压无功控制进行分析与求解，并提出结论，以供参考。
关键词：分布式电源；配电网；电压无功控制
含分布式电源（Distribute Generator，DG）接入的主动配电网是未来配电网发展的主要趋势，分布式电源接入配电网可实现能量的就地平衡，避免远距离输电的投资和损耗；但与此同时，分布式电源的接入也改变了传统配电网潮流单向射状供电模式，由于分布式可再生能源输出功率较强的随机性和波动性，电压波动、闪变及越限等电能质量问题也逐步凸显，这不但限制了可再生能源利用率，同时也危害了系统的安全稳定运行。
一、电压无功调节装置
1.静止无功补偿器SVC。现阶段，静止无功补偿器具有广泛运用，其构成部分包括晶闸管控制的投切电抗器与并联电容器。基于晶闸管导通角的控制，来对并联电抗器的感性无功补偿量进行控制，如此一来，接入点的可控快速连续无功调节就得以是吸纳。据此，在电力系统中运用SVC，可以提高动态冲击负荷无功调节的效率与稳定性，基于对负荷变化的分析，SVC能够对无功补偿量进行快速调节，进而使母线电压稳定性得到提升。
2.自动调压器SVR。SVR属于三相自耦式变压器，能够对输入电压变化进行跟踪，使输出电压保持稳定，该设备调节输入电压的范围为20%，主要是对调压系统加以控制，进而实现对有载调压的控制。此外，SVR具有较大容量，但损耗并不高，能够可靠的调节有载分接头开关档位，并且可以精确调整电压，能够使有载调压过程中SVR动作的可靠性得到保障。
二、分布式电源对配电网电压影响的机理分析
1.分布式电源对并入点电压的影响。低压配电网结构通常呈放射状，分布式电源并入区域配电网络后，其运行将直接影响并入点电压，一方面分布式电源本身的起停、发电波动等情况，将会对网络其他用户供电电压产生冲击；另一方面
由于分布式电源的并入，增加了区域配网的整体短路容量，从而加强了系统电压强度，能够一定程度上抑制和削弱区域配网内出现的电压波动等问题。
2.分布式电源对配电网电压分布的影响。对配网稳态电压分布来说，当分布式电源并入配电网络后，系统潮流不再和传统配电系统一样单向由电源流向负荷，在轻荷的一些情况下，潮流的方向可能会转向配电系统，这样馈线上的压降方向
也将改变，可能会导致用户侧电压上升，高于正常值。同时DG的并入使区域配网较目前配网而言可以达到更长的送电距离，因此在重荷以及分布式电源故障等情况下，又可能会使馈线某些点电压低于正常值。
三、配电网电压无功控制方法
1.电压无功控制算法原理。电压无功协调控制算法是一种启发式算法。该算法的原理是通过将配电网负荷侧的运行电压维持在ANSI电压标准的较低部分，从而降低系统消耗的总能量。
2.电压无功控制算法求解流程。基于电压控制和无功控制之间的耦合关系很弱，该算法将电压无功控制问题解耦成电压控制子问题和无功控制子问题。（1）电压控制子问题.步骤1：从监测的线路末端电压测量值的集合中得到电压最小值Vend。步骤2：计算变电所的电压V0与最小的线路末端电压测量值Vend之间的电压降VD为VD=V0−Vend。步骤3：基于电压降VD与预先定义的电压降值
的关系，确定相应的控制电压带宽
。控制电压带宽可以被设置为
。步骤4：比较期望电压Vset和最小的线路末端电压测量值Vend。当负荷量较高时，分接头tap变化为在稳压器分接头动作前，会判断该动作是否会导致电压超出允许的范围。一旦出现电压越界情况，会立即终止分接头的动作。如果电网中含有多个稳压器，则每个稳压器的分接头会依据相应的线路末端电压值和稳压器所在处的电压进行动作。（2）无功控制子问题。无功控制的目标是将变电所稳压器所在处的功率因数维持在指定的值以上。步骤1：在电容器进行动作之前，要对电网中相关的电容器进行排序。排序的规则是容量越大的电容器越早投入，越晚切除。如果两个电容器的容量相同，离变电所远的电容器先被投入，后被切除。步骤2：依据下面的判据，进行电容器投切操作。
四、实例验证
使用GridLAB-D进行电压无功控制效果的分析。GridLAB-D是由美国西北太平洋实验室研发的仿真软件，可以进行连续时间序列的仿真。该软件含有详细的负荷建模，具体的家用电器均采用时变的ZIP模型，能够准确地模拟负荷的变化情况，便于分析连续时间内电压无功控制的准确效果。为了实时模拟负荷的变化，在IEEE13节点典型馈线上总共添加了600个家庭用户，每个用户家里配置了灯，热水器和HVAC等家用电器。热水器和HVAC单元的实际需求由需求计划表来安排。所有场景的仿真都是在GridLAB-D仿真平台完成。仿真步长为1 s，仿真持续时间为1天。
1.IEEE13节点馈线加入太阳能发电装置。为了模拟分布式电源，在每个用户处分别加入太阳能发电装置。单一太阳能发电装置的日输出功率曲线如图1所示。
图1太阳能发电装置有功功率输出曲线
加入太阳能发电装置后，设定负荷侧期望电压为117 V，允许的电压变化范围是[115 V，119 V]。具体仿真结果的展示与分析如图2所示。
图2节点652所带负荷电压变化曲线
（1）节点652负荷电压。加入VVC控制算法后，负荷节点电压整体降低，基本达到控制要求。但在太阳能渗透率太大时，节点的电压普遍较高，主要是因为太阳能发电装置输出功率较大，对其附近节点的电压提升作用明显。（2）馈线系统能量消耗值。加入VVC控制算法后，电网平均有功能量消耗值降低，下降率达到1.4%（3）馈线损耗。加入VVC控制算法后，电网平均有功损耗降低2.1%。
2.IEEE13节点馈线加入风力发电装置。加入风机发电机后，设定负荷侧期望电压为117 V，允许的电压变化范围是[115 V，119 V]。仿真结果及分析如下：（1）节点652负荷电压。加入VVC算法基本可以实现电压控制。但是在外界风速较大时，风机出力较多，渗透率较大会导致电压控制效果较差，但仍在允许的范围以内。（2）馈线系统能量消耗值。加入VVC控制算法后，电网平均有功能量消耗值降低，下降率达到1.25%。
3.IEEE13节点馈线加入风力发电和太阳能发电装置。在1节和2节的仿真场景中，只单独考虑了一种分布式电源，而在实际的电网中应该综合考虑风力发电装置和太阳能发电装置两种分布式电源。因此，接下来的仿真算例在IEEE13节点的馈线模型中同时加入这两种分布式电源，分析电压无功控制的效果。设定负荷侧期望电压为118 V，允许的电压变化范围是[116 V，120 V]。仿真结果及分析如下。（1）节点652负荷电压。加入VVC算法基本可以实现电压控制。（2）馈线系统能量消耗值。通过馈线系统能量消耗平均值的对比，可以看出加入VVC控制算法后，电网平均有功能量消耗值降低，下降率达到0.75%。（3）馈线损耗。不同场景下的馈线损耗。通过各部分损耗平均值的对比，可以看出加入VVC控制算法后，电网平均有功损耗降低2.74%。
分布式发电技术发展迅速。分布式电源与电网结合，有利于节省投资、降低能耗、提高系统可靠性和灵活性。分布式电源接入的配电网由原来的单电源、辐射型结构变成多电源的复杂网络，馈线上的电压分布情况会随之发生变化。同时考虑分布式电源供电的随机性和间歇性，配电网的电压无功控制将会受到很大的影响。利用风能和太阳能等可再生能源发电，以其特有的环保性和实用性在分布式电源研究中引起人们越来越广泛的关注。状态估计对配电系统的分析和控制具有重要作用。
参考文献：
[1]吴羽.分布式电源接入下配电网电压无功控制效果.2015
[2]马田田.电源接入下配电网电压无功控制效果分析.2015
[3]障敏.配电网背景下无功电压控制方法.2015
论文作者:董海龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/16
标签：电压论文; 分布式论文; 电源论文; 算法论文; 节点论文; 负荷论文; 配电网论文; 《电力设备》2018年第32期论文;