CN105406488A - 一种基于光伏逆变器无功调节的过电压抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于分布式光伏并网发电技术领域，公开了一种基于光伏逆变器无功调节的过电压抑制方法，过电压抑制方法是通过光伏逆变器输出的有功功率P和并网点电压U两个变量来调整光伏逆变器的无功功率Q，实现Q(P,U)控制方法。在现有的Q(P)调压方法基础上引入并网点电压参数，根据测量的并网点电压对Q-P曲线进行修正，逆变器的无功功率调整量通过输出有功功率P和并网点电压U两个参数计算得到。具体方法是构造Q-P曲线的拐点P₂关于电压U的下垂关系曲线，通过Q-P和P₂-U两组曲线来计算逆变器输出无功功率，通过调节光伏逆变器的无功功率来实现对区域内并网点的电压调节。本发明在不缩减光伏输出有功功率的前提下，既可以充分利用每个逆变器的电压调节能力，又可以避免输出多余的无功功率。

Description

一种基于光伏逆变器无功调节的过电压抑制方法

技术领域

本发明属于分布式光伏并网发电技术领域，特别涉及一种基于光伏逆变器无功调节的过电压抑制方法。

背景技术

随着分布式光伏在配电网中的大量接入，大量的有功逆流造成并网点出现过电压问题，充分利用逆变器的有功和无功调节能力可以有效地抑制并网点电压越限。目前基于逆变器的电压调节方法有如下几种。

(I)基于并网点电压幅值的Q(U)控制方法。本方法属于无功功率控制方法，通过调整光伏电源输出的无功功率来达到调节电压的目的。在Q(U)控制方法下，逆变器的无功功率参考信号是并网点电压幅值的一个函数，根据并网点电压幅值的大小光伏电源输出相应的无功功率。

(II)基于有功功率的Q(P)控制方法。本方法同样属于无功功率控制方法，在不考虑负荷波动的情况下，随着光照的增强，光伏电源输出的有功功率越大，并网点电压相应增大，Q(P)控制方法的思想是根据光伏电源输出的有功功率调整其无功功率，无功功率参考信号是有功功率的函数。

以上几种电压调节方法的缺陷在于：Q(P)控制方法是根据光伏电源输出的有功功率调整其无功功率，光伏输出的有功功率虽然很大，但是仍然小于用户负荷，即P_load＞P_pv的情况，并不会出现功率外送导致并网点电压偏高的现象，但是按照Q(P)方法，此时光伏电源会吸收大量的无功功率以降低电压，这就造成了额外的功率损耗；Q(U)控制方法是直接根据并网点电压幅值调节无功功率，克服了Q(P)方法的缺陷，但是由于线路上每个接入点的电压幅值不同，在靠近变压器的线路首端电压几乎不变，线路末端的电压与额定值偏差较大，这就会经常出现处于线路末端的光伏电源最大限度的吸收无功功率，处于线路首端的光伏电源丝毫不能参与到电压调节的现象。

发明内容

本发明要解决的问题是：通过调整逆变器的无功功率解决分布式光伏大量接入后带来的电压越上限问题；和现有技术根据光伏电源输出的有功功率调整其无功功率的Q(P)控制方法会造成额外功率损耗的缺陷；以及直接根据并网点电压幅值调节无功功率的Q(U)控制方法虽然克服了Q(P)方法的缺陷，但是也存在处于线路末端的光伏电源最大限度的吸收无功功率，处于线路首端的光伏电源丝毫不能参与到电压调节的缺陷。

本发明提出解决问题的技术方案是：一种基于光伏逆变器无功调节的过电压抑制方法，所述过电压抑制方法是通过光伏逆变器输出的有功功率P和并网点电压U两个变量来调整光伏逆变器的无功功率Q，实现Q(P,U)控制方法。

优选的，所述Q(P,U)控制方法包括以下具体步骤：

S1.首先在P₂-U坐标系下根据所述并网点电压U确定Q-P曲线中的拐点P₂，数学公式为 $P_2\left(U\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{kP}}_n& U\&le;U_1\\ {\mathrm{kP}}_n-(U-U_1)\frac{{\mathrm{kP}}_n-P}{U_2-U_1}& U_1<U\&le;U_2\\ P_1& U>U_2\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中P为测量所得光伏逆变器输出有功功率，U为测量所得光伏逆变器并网点电压，P₁、P₂为Q-P曲线中的参数，U₁、U₂为P₂-U坐标系下的参数，k为一个小于1的系数；

S2.然后在Q-P曲线中根据光伏逆变器输出的有功功率P计算无功功率Q调整量，数学公式为 $Q/Q_{max}=\left\{\begin{array}{cc}0& P\&le;P_1\\ \frac{P_1-P}{P_2-P_1}& P_1<P\&le;P_2\\ -1& P>P_2\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中P为测量所得光伏逆变器输出有功功率，U为测量所得光伏逆变器并网点电压，P₁、P₂为Q-P曲线中的参数，Q为光伏逆变器的无功功率，Qmax为光伏逆变器最大无功功率；

S3.最后通过调节光伏逆变器的无功功率Q来实现对区域内并网点的电压调节。

本发明在现有的Q(P)调压方法基础上引入并网点电压参数，根据测量的并网点电压对Q-P曲线进行修正，这样，逆变器的无功功率调整量是通过输出有功功率P和并网点电压U两个参数计算得到的，同时考虑P和U两个参数计算逆变器的无功功率调节量，既克服了Q(P)方法造成额外的功率损耗的弊端，同时由于逆变器的无功功率调节量根据有功功率变化，也克服了传统Q(U)调压方法的缺点。

本发明的具体方法是，构造Q-P曲线的拐点P2关于电压U的下垂关系曲线，通过Q-P和P₂-U两组曲线来计算逆变器输出无功功率。通过调节光伏逆变器的无功功率来实现对区域内并网点的电压调节，本方法在不缩减光伏输出有功功率的前提下，既可以充分利用每个逆变器的电压调节能力，又可以避免输出多余的无功功率。

本发明的有益效果：与现有技术相比，在光伏逆变器的有功功率输出很大，但是并网点电压并不高的时候，拐点P2将在坐标系上向右移动，曲线的斜率降低，相对传统Q(P)调压方法降低了无功功率调节量，克服了传统Q(P)调压方法的缺点。另外，由于光伏逆变器无功功率调节量根据有功功率变化，也克服了传统Q(U)调压方法只根据电压进行调节，而在某些接入位置电压变化不大不参与调节的缺点。本发明在不缩减光伏输出有功功率的前提下，既可以充分利用每个逆变器的电压调节能力，又可以避免输出多余的无功功率。

附图说明

图1：为本实施例所提出的Q(P,U)控制方法；

图2：为本发明实施例采用的系统示意图；

图3：为本发明实施例中场景1电压曲线对比图；

图4：为本发明实施例中Q(P)和Q(P,U)调压方法无功调节量对比图；

图5：为本发明实施例中场景2电压曲线对比图；

图6：为本发明实施例中Q(U)和Q(P,U)调压方法无功调节量对比图。

具体实施方式

通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本发明的特点和优点。所提供的实施例仅是对本发明方法的说明，而不以任何方式限制本发明揭示的其余内容。

如图1所示，本实施例采用的技术方案如下：一种基于光伏逆变器无功调节的过电压抑制方法，所述过电压抑制方法是通过光伏逆变器输出的有功功率P和并网点电压U两个变量来调整光伏逆变器的无功功率Q，实现Q(P,U)控制方法。

具体步骤如下：

S1.首先在P₂-U坐标系下根据所述并网点电压U确定Q-P曲线中的拐点P₂，数学公式为 $P_2\left(U\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{kP}}_n& U\&le;U_1\\ {\mathrm{kP}}_n-(U-U_1)\frac{{\mathrm{kP}}_n-P_1}{U_2-U_1}& U_1<U\&le;U_2\\ P_1& U>U_2\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中P为测量所得光伏逆变器输出有功功率，U为测量所得光伏逆变器并网点电压，P₁、P₂为Q-P曲线中的参数，U₁、U₂为P₂-U坐标系下的参数，k为一个小于1的系数；

S2.然后在Q-P曲线中根据光伏逆变器输出的有功功率P计算无功功率Q调整量，数学公式为 $Q/Q_{max}=\left\{\begin{array}{cc}0& P\&le;P_1\\ \frac{P_1-P}{P_2-P_1}& P_1<P\&le;P_2\\ -1& P>P_2\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中P为测量所得光伏逆变器输出有功功率，U为测量所得光伏逆变器并网点电压，P₁、P₂为Q-P曲线中的参数，Q为光伏逆变器的无功功率，Qmax为光伏逆变器最大无功功率；

S3.最后通过调节光伏逆变器的无功功率Q来实现对区域内并网点的电压调节。

如图2所示，首先确定参数：基于国内某地区低压配电网拓扑结构和参数，建立包含分布式光伏的典型低压配电网模型，图2中的0.4kV线路采用YJV-70电缆，每千米电缆正序阻抗为(0.268+j0.101)Ω，线路总长500m；负荷均匀分布在线路上，每个节点所接负荷大小相等，负荷峰值大小为0.05MW；各逆变器容量为SN＝0.051MVA，逆变器所连接的光伏阵列组串所能输出的最大有功功率为Pmax＝0.05MW，最大无功功率调节量Qmax＝0.01MVar。

以下设置两个典型场景，将Q(P,U)控制方法分别与Q(P)和Q(U)调压方法作对比。

实施例1

定义场景1，在光伏电源输出功率很大，但是负荷功率也较大的情况下，若电缆传输距离很短，光伏电源几乎是直接与变压器低压侧相连，并网点电压并不会出现问题，不应该输出过多的功率进行调压，但是按照Q(P)调压方法，光伏电源会大幅调整无功功率，造成额外的功率损耗。

在场景1下，使用实测正午两个小时的光伏电源功率波动数据，利用时序潮流计算的方法，比较无调压、Q(P)和Q(U,P)调压方法三种方式下电压波动情况，如图3所示，Q(P)和Q(U,P)调压方法下无功功率调节量的波动情况同上。

如图3所示，在场景1下，由于负荷功率较大，光伏电源输出功率消耗较多，在光照最强的时刻并网点的电压也并未越限。

如图4所示，Q(P)调压方法下，虽然电压不高，但是无功功率调节量已经达到Qmax，这是没有必要的，反而增加了电网损耗，使用提出的Q(U,P)调压方法，无功功率调节量随着电压的波动而变化，在11:00时刻，无功调节量还不到0.06Mvar，同此证明对Q(P)方法的缺陷有所改进。

实施例2

定义场景2，在光照较强且负荷较小的时刻，光伏电源大量向外输送功率，若电缆传输距离较长，在线路上的电压损耗较大，造成并网点的电压有很大的抬高，这种情况下所有的逆变器均参与无功功率控制有助于电压的调节。若按照Q(U)调压方法，与变压器低压侧电气距离较近的光伏电源并网点电压抬高并不大，所以其几乎不参与电压调节，这样不利于其他并网点电压的调节。在此场景下，使用9:00到15：00实际光伏功率数据，利用时序潮流计算的方法比较Q(U)与Q(U,P)方法。

在场景2下，距离变压器最近的并网点电压虽然并未越限，是因为其处于变压器侧，此时距离较远的并网点电压已经达到1.10p.u.，所以应该让每个逆变器均参与电压调节。

如图5、图6所示，相对Q(U)调压方法，使用Q(P,U)调压方法后，距离变压器最近的逆变器的无功功率的调节量升高了很多，说明其较多地参与了电压调节，电压曲线也较无调压时下降许多。

综上，本实施例克服了现有技术几种方法的缺陷，提供了一种改进的基于光伏逆变器无功功率调节的过电压抑制方法，现有的Q(U)和Q(P)方法在计算无功功率调整量的时候只使用参数电压U或输出功率P，本实施例提出的Q(P,U)方法同时考虑电压U和输出功率P计算无功功率调整量，即克服了Q(P)方法造成额外的功率损耗的弊端，同时由于无功功率调节量根据有功功率变化，也克服了传统Q(U)调压方法的缺陷。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

Claims (2)

1.一种基于光伏逆变器无功调节的过电压抑制方法，其特征在于：所述过电压抑制方法是通过光伏逆变器输出的有功功率P和并网点电压U两个变量来调整光伏逆变器的无功功率Q，实现Q(P,U)控制方法。

2.根据权利要求1所述的基于光伏逆变器无功调节的过电压抑制方法，其特征在于：所述Q(P,U)控制方法包括以下具体步骤：

S1.首先在P₂-U坐标系下根据所述并网点电压U确定Q-P曲线中的拐点P₂，数学公式为 $P_2\left(U\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{kP}}_n& U\&le;U_1\\ {\mathrm{kP}}_n-(U-U_1)\frac{{\mathrm{kP}}_n-P_1}{U_2-U_1}& U_1<U\&le;U_2\\ P_1& U>U_2\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中P为测量所得光伏逆变器输出有功功率，U为测量所得光伏逆变器并网点电压，P₁、P₂为Q-P曲线中的参数，U₁、U₂为P₂-U坐标系下的参数，k为一个小于1的系数；

S2.然后在Q-P曲线中根据光伏逆变器输出的有功功率P计算无功功率Q调整量，数学公式为 $Q/Q_{max}=\left\{\begin{array}{cc}0& P\&le;P_1\\ \frac{P_1-P}{P_2-P_1}& P_1<P\&le;P_2\\ -1& P>P_2\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中P为测量所得光伏逆变器输出有功功率，U为测量所得光伏逆变器并网点电压，P₁、P₂为Q-P曲线中的参数，Q为光伏逆变器的无功功率，Qmax为光伏逆变器最大无功功率；

S3.最后通过调节光伏逆变器的无功功率Q来实现对区域内并网点的电压调节。