CN105140964A - 含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法。该方法主要包括以下步骤：1)读取光伏电源的有功出力数据，判断其是否大于逆变器额定容量的20％；2)若光伏电源的有功出力超过逆变器额定容量的20％，则判断光伏电源的并网点电压是否越限，通过调整光伏电源的无功出力来使并网点电压不越限；3)若光伏电源的有功出力不超过逆变器额定容量的20％，则通过调整光伏电源的无功出力来使并网点电压处于10kV～10.4kV之间。本发明方法可以充分发挥光伏电源的无功调节能力，根据有功出力和并网点电压对无功出力进行协调控制，从而达到改善电压质量和提高光伏电源接入容量的目的。

Description

含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法

技术领域

本发明涉及一种10kV配电线路的功率控制方法，特别是涉及一种含光伏电源的0kV配电网有功/无功协调控制方法，属于分布式电源控制技术领域。

背景技术

近年来，随着分布式电源及其并网技术的不断发展，分布式电源由于其更灵活、更靠近负荷侧、对环境更友好的特点，在世界范围内正得到越来越多的重视和应用。

分布式电源(简称DG)接入配电网后，彻底改变了配电网的结构，使配电网从单电源辐射状结构变为遍布电源的复杂结构，这种结构的改变将对配电网的无功电压特性产生重大影响。以风电、光伏为代表的分布式新能源接入不仅改变了传统配电网能量单向流通的特性，且因其发电的间歇性、波动性和不确定性使得电压波动更显剧烈，更因其通过电力电子变换器的连接使得配电网的无功电压特性无论是稳态还是暂态都带来显著的变化，进而对配电网的无功电压控制带来很大的挑战。为了更好的接纳DG，充分发挥DG的积极作用而抑制其负面影响，需要对DG对配电网无功电压特性的影响机理进行深入分析和研究，进而研究配电网适应DG接入的无功电压控制方法，确保配电网的安全可靠及经济运行。

在各种DG中，目前最受关注的无疑是分布式光伏电源，从2013年以来得到了政府的一系列扶持政策：2013年6月14日，国务院常务会议促光伏发展六条措施，着力开发国内光伏地面电站和分布式应用。7月15日，《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》，细化了国六条的扶持纲领，同时上调国内光伏装机目标，提出到2015年实现35GW累计装机量。8月14日，发改委《分布式发电管理暂行办法》明确由电网负责分布式外部设施安装与线路改造，减少分布式并网与售电难度，缩短补贴周期为按月结算。8月20日，能源局《关于开展分布式光伏发电应用示范区建设的通知》，能源局公布了第一批分布式光伏示范区名单，涉及7省5市共18个示范区项目，2013～2015年累计装机1.823GW，其中今年开建749MW，示范区度电补贴0.42元/度。8月30日，将分布式发电补贴确定为0.42元/度，大型地面电站将全国按光照资源区分为三类，标杆上网电价分别为0.9元/度、0.95元/度和1元/度，补贴标准原则发放20年。11月4日，能源局《关于征求2013、2014年光伏发电建设规模意见的函》，要求在不出现弃光限电的情况下，将2014年光伏发电建设规模上调至12GW，其中屋顶电站为主的分布式光伏为8GW，地面电站为4GW。11月26日，能源局《光伏发电运营监管暂行办法》，适用于地面电站和分布式运营。规定由能源主管部门和派出机构监督光伏运营商和电网。重点对光伏发电质量、配套电网建设、并网服务、并网时限等进行监督。监管优先调度光伏发电和电网收购光伏发电电量情况。一系列密集的关于扶持光伏发展的政策表明了光伏发电必将成为未来的趋势。

一般来说，为了避免给电网造成波动影响，光伏等各种DG目前多数采用定功率因数运行的方式，按照一个合适的功率因数中间值来控制无功出力，这样可以减少由于出力变化而造成的波动，但同时也放弃了分布式电源原有的部分无功调节能力，把动态控制变为静态运行。而部分分布式电源保留了其无功调节能力，但对于如何制定其出力的策略和判据的问题则仍待解决：如果保持精准、实时的控制可以有较好的调压效果，但控制流程和算法会比较复杂，操作起来具有一定的难度；如果采用粗放式的控制又很难保证调压的效果，可能会出现频繁动作或者电压越限的情况。

大规模的DG接入配电网有可能会造成某些时刻集中发电，形成大量的功率倒送，导致部分节点电压出现越限的情况。为保证电网可以安全稳定运行，目前的DG接入容量一般都会被严格限制。相对于其他的分布式电源，光伏电源由于其配置了逆变器，可以实现有功功率和无功功率的解耦，因此其无功调节更加灵活方便。在配电线路无功不足、电压偏低的时候，可以让光伏电源运行在滞后的功率因数，往电网输送无功以抬升电压；在配电线路无功过多、电压偏高的时候，可以让光伏电源运行在超前的功率因数，吸收电网中过多的无功来降低电压。

此外，光伏电源的出力昼夜变化较大，在不同的条件下无功调节应考虑的重点不同。在白天光伏电源发电的时候，为提高经济效益和利用效率，此时应尽量多发有功功率，无功控制的目的在于避免节点电压越限；在夜里光伏电源无法产生有功出力的时候，一般负荷也较轻，此时无功功率不宜过多，因此应考虑让电压运行在一个相对稳定的范围内，减少无功流动，降低网络内的有功损耗。

因此，需要提出一种光伏电源的功率协调控制方法，考虑如何利用光伏电源原有的无功调节能力，协调光伏电源有功出力和无功出力，减少配电线路的节点电压越限，改善配电网的电压质量和提高节能降损能力，这也成为当今配电网发展必须要解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中光伏电压无功控制的缺陷，提供一种提高分布式电源接入配电网的容量，更好地实现配电网和光伏电源的无功控制，实现节能降耗的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法。

该方法通过检测光伏电源的有功出力，在不同的情况下采用不同的无功控制策略，在保证电压质量的前提下可以让DG考虑多发有功功率，提高分布式电源接入配电网的容量，从而更好地实现配电网和光伏电源的无功控制，进一步挖掘配电网无功补偿设备的潜力，达到节能降耗的目的。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法，包括以下步骤：

1)从控制系统读取光伏电源的有功出力数据；

2)判断有功出力是否大于逆变器额定容量的20％，若是，则进入步骤3)，若否，则进入步骤4)；

3)判断光伏电源的并网点电压是否越限，若越限，则通过调整光伏电源的无功出力来使并网点电压不越限，若不越限，则结束本次操作；

4)判断光伏电源的并网点电压是否处于10kV～10.4kV之间，若否，则通过调整光伏电源的无功出力来使并网点电压处于10kV～10.4kV之间，若是，则结束本次操作。

为进一步实现本发明目的，优选地，步骤3)所述的并网点电压越限是指并网点电压幅值小于9.3kV或大于10.7kV。

优选地，步骤3)所述中调整光伏电源的无功出力来使并网点电压不越限通过如下方式进行：当并网点电压小于9.3kV时，增加光伏电源的无功出力，直到并网点电压大于9.3kV或光伏电源的无功出力达到极限；

当并网点电压大于10.7kV时，减少光伏电源的无功出力，直到并网点电压小于10.7kV；

若光伏电源的无功出力已经减少到0而并网点电压仍然大于10.7kV，则光伏电源改为超前功率因数运行，即改为吸收无功功率，直到并网点电压小于10.7kV或光伏电源的无功出力达到极限；若光伏电源的无功出力达到极限而并网点电压仍然大于10.7kV，则在不超过逆变器容量的前提下，减少光伏电源的有功出力，增加无功出力，即吸收更多的无功功率，直到并网点电压小于10.7kV或光伏电源的有功出力减少到0。

优选地，步骤4)中所述调整光伏电源的无功出力来使并网点电压处于10kV～10.4kV之间通过如下方式进行：当并网点电压小于10kV时，增加光伏电源的无功出力，直到并网点电压大于10kV或光伏电源的无功出力达到极限；当并网点电压大于10.4kV时，减少光伏电源的无功出力，直到并网点电压小于10.4kV或光伏电源的无功出力达到极限。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明提出的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法，可以从三个手段出发，减少光伏电源接入配电网后的电压越限情况，一是在必要时候光伏电源要运行在超前的功率因数吸收无功功率，二是光伏电源超前的功率因数可以使无功出力达到逆变器容量限制，三是在必要时候减少有功出力，增加无功出力来避免电压越限，从而有助于增加配电网对光伏电源的消纳能力。

2、本发明的含分布式电源的10kV配电网功率协调控制方法提出，在光伏电源有功出力超过20％时，需利用无功调节能力来维持节点电压在合格范围；必要的时候光伏电源应运行在超前的功率因数来吸收无功功率，从而保证配电网的电压稳定和安全运行。

3、本发明提出的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法，通过判断光伏电源的有功出力，可以对光伏电源在不同条件下进行针对性的控制，从而满足不同情况下的电压要求和无功需求。

附图说明

图1为本发明的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法流程图。

图2为本发明在10kV配电线路具体实施的线路示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

以南方某地区的一条10kV配电线路作为实例，其单线图如图2所示，对比验证含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法的补偿和降损效果。

该线路的配变总容量为9360kVA，共有27个负荷点，该线路还接入了5个额定出力为4MW的光伏电源。传统的控制方法要求各个光伏电源按照定功率因数的方式运行，而含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法要求如上述步骤所述。

实施例1：

如图1所示，本实施例的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法流程图，包括以下步骤：

1)从控制系统读取光伏电源的有功出力数据；

2)判断有功出力是否大于逆变器额定容量的20％，若是，则进入步骤3)，若否，则进入步骤4)；

本算例判断结果为，有功出力不足逆变器额定容量的20％，进入步骤4)。

4)判断光伏电源的并网点电压是否处于10kV～10.4kV之间，若否，则通过调整光伏电源的无功出力来使并网点电压处于10kV～10.4kV之间，若是，则结束本次操作。

按照步骤4)的控制要求，需调整光伏电源的无功出力来使并网点电压处于10kV～10.4kV之间，原始数据中只有较靠近10kV变电站的光伏电源PV1的并网点电压超过10.4kV，调节逐渐减少其无功出力，使得其并网点电压降为10.37kV。调整之后线路各10kV节点电压如表1所示，节点序号从变电站10kV母线出来后第一个节点为#1节点，依次往后排列，其中节点序号为1～5的节点分别为光伏电源PV1、PV2、…、PV5的并网点。

表1实施例1的10kV节点电压(单位：kV)

由表1可见，当光伏电源的有功出力较少，不足逆变器容量的20％时，功率流动方向大致为变电站下送到沿线各节点，电压降落的方向也从变电站往末端节点逐渐降低，此时调整光伏电源的无功出力，维持光伏电源的并网点电压在10kV～10.4kV之间，即可有效抬升线路中末端节点的电压水平，使得全线节点电压都维持在一个稳定的合格范围内。

实施例2：

如图1所示，本实施例的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法流程图，包括以下步骤：

1)从控制系统读取光伏电源的有功出力数据；

2)判断有功出力是否大于逆变器额定容量的20％，若是，则进入步骤3)，若否，则进入步骤4)；

本算例判断结果为，有功出力超过逆变器额定容量的20％，进入步骤3)。

3)判断光伏电源的并网点电压是否越限，若越限，则通过调整光伏电源的无功出力来使并网点电压不越限，若不越限，则结束本次操作；

通过对线路建模仿真，在某一晴天时刻5个光伏电源的有功出力都接近额定出力，此时按传统的控制方法(光伏电源按滞后0.99的定功率因数运行)控制后，线路各10kV节点电压如表2所示。

表2传统控制方法下的10kV节点电压(单位：kV)

可见，当天气晴朗光伏电源的有功出力较大时，按照传统的光伏电源控制方法容易造成线路节点电压越上限，如表2所示，尤其是分布式电源并网点附近的节点电压，最高甚至超过11kV，过高的节点电压不仅会对电网设备、用户电器造成损害，也严重威胁了电网的运行安全。

由于线路沿线大量节点出现电压越上限的情况，按照传统的应对措施依次减少光伏电源PV5、PV4、…、PV1的无功出力，表3所示是所有光伏电源无功出力已经减少到0的节点电压情况。

表3光伏电源无功出力为0的10kV节点电压(单位：kV)

当光伏电源的无功出力减少的时候，线路的节点电压会明显下降，从表3可知，当光伏电源的无功出力减少到0的时候，该算例线路的节点电压与一开始的传统控制相比有明显的下降，但仍然有部分节点的电压出现越上限情况，控制效果仍然不够理想。

而采用本发明方法后，分别调节光伏电源PV5、PV4、…、PV1令其按照超前的功率因数运行，在不超过逆变器容量的情况下吸收部分无功功率，其节点电压效果如表4所示：

表4本发明方法下的10kV节点电压(单位：kV)

通过表2、表3和表4的对比可知，线路在传统的控制方法下有大量节点电压幅值高于下限值，尤其是在光伏电源的并网点附近；而即使减少了光伏电源的无功出力之后，仍然有相当部分的节点有电压越上限的情况出现。而当采用了本发明提出的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法后，利用光伏电源的逆变器来吸收线路过多的无功功率，沿线电压得到明显的稳定，没有出现电压越限的情况，能够有效保证电网的安全运行。

上述的实例线路验证了本发明提出的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法与传统的控制方法相比，拥有一定的可行性和显著的优越性，推广后可为电网公司和社会带来相当可观的经济效益。

以上所述，仅为本发明专利优选的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (4)

1.含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)从控制系统读取光伏电源的有功出力数据；

2)判断有功出力是否大于逆变器额定容量的20％，若是，则进入步骤3)，若否，则进入步骤4)；

3)判断光伏电源的并网点电压是否越限，若越限，则通过调整光伏电源的无功出力来使并网点电压不越限，若不越限，则结束本次操作；

4)判断光伏电源的并网点电压是否处于10kV～10.4kV之间，若否，则通过调整光伏电源的无功出力来使并网点电压处于10kV～10.4kV之间，若是，则结束本次操作。

2.根据权利要求1所述的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法，其特征在于：步骤3)所述的并网点电压越限是指并网点电压幅值小于9.3kV或大于10.7kV。

3.根据权利要求1所述的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法，其特征在于：步骤3)所述中调整光伏电源的无功出力来使并网点电压不越限通过如下方式进行：当并网点电压小于9.3kV时，增加光伏电源的无功出力，直到并网点电压大于9.3kV或光伏电源的无功出力达到极限；

当并网点电压大于10.7kV时，减少光伏电源的无功出力，直到并网点电压小于10.7kV；

若光伏电源的无功出力已经减少到0而并网点电压仍然大于10.7kV，则光伏电源改为超前功率因数运行，即改为吸收无功功率，直到并网点电压小于10.7kV或光伏电源的无功出力达到极限；若光伏电源的无功出力达到极限而并网点电压仍然大于10.7kV，则在不超过逆变器容量的前提下，减少光伏电源的有功出力，增加无功出力，即吸收更多的无功功率，直到并网点电压小于10.7kV或光伏电源的有功出力减少到0。

4.根据权利要求1所述的含光伏电源的10kV配电网功率协调控制方法，其特征在于：步骤4)中所述调整光伏电源的无功出力来使并网点电压处于10kV～10.4kV之间通过如下方式进行：当并网点电压小于10kV时，增加光伏电源的无功出力，直到并网点电压大于10kV或光伏电源的无功出力达到极限；当并网点电压大于10.4kV时，减少光伏电源的无功出力，直到并网点电压小于10.4kV或光伏电源的无功出力达到极限。