CN110535170A - 一种分布式光伏逆变器并网电压控制方法与装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式光伏逆变器并网电压控制方法与装置，当光伏逆变器并网电压发生过电压时，通过检测光伏逆变器的当前视在功率确定其无功调节能力，若具有无功调节能力，利用增加发出无功功率调节的方式抑制光伏逆变器的并网电压，在无功功率调节到容量极限还不能解决电压偏差问题的情况下，再对其有功功率进行调节，该方法成本低，不需要依赖先进的通信设施，只通过调节光伏逆变器的自身无功出力，就能实现并网电压的抑制，提高分布式光伏发电的渗透率。

Description

一种分布式光伏逆变器并网电压控制方法与装置
技术领域
本发明属于分布式发电微电网技术领域，具体涉及一种分布式光伏逆变器并网电压控制方法与装置。
背景技术
近年来，能源和环境危机问题的日益突出，以光伏发电为代表的可再生能源正在快速发展；随着技术的进步和政策的扶持，我国分布式发电产业发展迅速，分布式光伏发电的发展尤其迅猛。目前，分布式光伏发电主要接入中低压配电网。分布式光伏接入电网，不可避免地会改变传统配电网辐射式的网络结构，潮流分布和部分节点的潮流方向也随之改变，这种潮流的变化影响着配电网的稳态电压分布。
分布式光伏发电是以电流源的方式并网，如果本地负荷较少，电能将通过配网线路向远处传输，由于线路阻抗的存在，势必会引起并网电压的升高，升高的程度与分布式光伏发电的功率、就近负载的大小及线路的阻抗参数有关，分布式光伏的无约束接入运行可能导致配电网某些节点出现过电压，尤其是电网末端等薄弱环节，将导致光伏发电过压脱网无法正常发电。目前，在我国的江苏、安徽、江西等分布式光伏渗透率较高地区，都已经出现这个问题。因此，解决分布式电源接入对配电网电压的影响、提高其消纳能力成为了关键。
目前，为了解决高渗透率分布式电源接入配电网引起的电压越限，提高分布式电源的消纳能力，有人提出了通过建设主动配电网对电源、负荷和配电网的主动协调控制和管理的方法，但该控制技术依赖高速可靠的通信和先进的计量设施，而我国配电网的信息化建设基础相对薄弱，短期内难以满足要求。还有文献提出通过控制储能的充放电和光伏的弃光来实现电压的控制目标，但这会大幅增加建设成本，使得方案的经济可行性较低。
公布号为104935002的中国专利公开了“一种分布式光伏电源并网发电过电压调节方法”，该方法认为配网中线路的电阻比电抗大的多，可以忽略不计，为了抑制过电压，采用调节有功功率的方式，影响了光伏电源的发电量。
发明内容
本发明的目的是提供一种分布式光伏逆变器并网电压控制方法与装置，用于解决现有抑制光伏逆变器过电压方法成本高、依赖通信技术的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出一种分布式光伏逆变器并网电压控制方法，包括以下方法方案：
方法方案一，检测分布式光伏逆变器并网电压，当并网电压在第一电压设定范围内时，获取光伏逆变器的当前视在功率，根据当前视在功率判断光伏逆变器是否具备无功调节能力，若具备，通过增加光伏逆变器发出的无功功率调节所述并网电压。
方法方案二，在方法方案一的基础上，无功功率调节的步骤为：按照设定的无功功率增量控制光伏逆变器增加发出的无功功率，检测所述并网电压的当前值是否比增加所述无功功率增量前的并网电压的值小，若是，判断所述并网电压的当前值是否还在所述第一电压设定范围内，若在，进行下一次无功功率增量的调节。
方法方案三，在方法方案二的基础上，若所述并网电压的当前值比增加所述无功功率增量前的并网电压的值大，通过减小光伏逆变器发出的有功功率调节所述并网电压。
方法方案四，在方法方案三的基础上，有功功率调节的步骤为：按照设定的有功功率增量控制器光伏逆变器减小发出的有功功率；检测所述并网电压的当前值是否比减小所述有功功率增量前的并网电压的值小，若是，判断所述并网电压的当前值是否还在所述第一电压设定范围内，若在，进行下一次有功功率增量的调节。
方法方案五，在方法方案四的基础上，每次有功功率调节后检测光伏逆变器的视在功率的当前值，当光伏逆变器的视在功率的当前值无调节容量时，启动光伏逆变器的过压保护。
方法方案六、七，分别在方法方案四、五的基础上，每次无功功率增量调节后或有功功率增量调节后延时第一设定时间。
方法方案八、九，分别在方法方案四、五的基础上，在进行无功功率调节时，或在进行无功功率调节和有功功率调节时，若在第二设定时间内所述并网电压没有恢复到第二电压设定范围内，光伏逆变器退出运行；所述第二电压设定范围的最大值小于所述第一电压设定范围的最小值。
方法方案十、十一，分别在方法方案八、九的基础上，当所述并网电压在第三电压设定范围内时，将光伏逆变器的当前有功功率和无功功率作为限制功率；所述第二电压设定范围的最大值小于第三电压设定范围的最小值，第三电压设定范围的最大值小于所述第一电压设定范围的最小值。
为解决上述技术问题，本发明还提出一种分布式光伏逆变器并网电压控制装置，包括以下装置方案：
装置方案一，包括处理器，处理器用于执行实现以下步骤的指令：
检测分布式光伏逆变器并网电压，当并网电压在第一电压设定范围内时，获取光伏逆变器的当前视在功率，根据当前视在功率判断光伏逆变器是否具备无功调节能力，若具备，通过增加光伏逆变器发出的无功功率调节所述并网电压。
装置方案二，在装置方案一的基础上，无功功率调节的步骤为：按照设定的无功功率增量控制光伏逆变器增加发出的无功功率，检测所述并网电压的当前值是否比增加所述无功功率增量前的并网电压的值小，若是，判断所述并网电压的当前值是否还在所述第一电压设定范围内，若在，进行下一次无功功率增量的调节。
装置方案三，在装置方案二的基础上，若所述并网电压的当前值比增加所述无功功率增量前的并网电压的值大，通过减小光伏逆变器发出的有功功率调节所述并网电压。
装置方案四，在装置方案三的基础上，有功功率调节的步骤为：按照设定的有功功率增量控制器光伏逆变器减小发出的有功功率；检测所述并网电压的当前值是否比减小所述有功功率增量前的并网电压的值小，若是，判断所述并网电压的当前值是否还在所述第一电压设定范围内，若在，进行下一次有功功率增量的调节。
装置方案五，在装置方案四的基础上，每次有功功率调节后检测光伏逆变器的视在功率的当前值，当光伏逆变器的视在功率的当前值无调节容量时，启动光伏逆变器的过压保护。
装置方案六、七，分别在装置方案四、五的基础上，每次无功功率增量调节后或有功功率增量调节后延时第一设定时间。
装置方案八、九，分别在装置方案四、五的基础上，在进行无功功率调节时，或在进行无功功率调节和有功功率调节时，若在第二设定时间内所述并网电压没有恢复到第二电压设定范围内，光伏逆变器退出运行；所述第二电压设定范围的最大值小于所述第一电压设定范围的最小值。
装置方案十、十一，分别在装置方案八、九的基础上，当所述并网电压在第三电压设定范围内时，将光伏逆变器的当前有功功率和无功功率作为限制功率；所述第二电压设定范围的最大值小于第三电压设定范围的最小值，第三电压设定范围的最大值小于所述第一电压设定范围的最小值。
本发明的有益效果是：
当光伏逆变器并网电压发生过电压时，通过检测光伏逆变器的当前视在功率确定其无功调节能力，若具有无功调节能力，利用增加发出无功功率调节的方式抑制光伏逆变器的并网电压，本发明首先进行无功功率的调节，充分考虑了线路电抗对电压的影响，在不影响发电量的同时，抑制电压的升高。本发明成本低，且不需要依赖先进的通信设施，只通过调节光伏逆变器的自身无功出力，就能实现并网电压的抑制，提高分布式光伏发电的渗透率。
利用无功功率调节抑制并网电压时，采用多次调节的方式，设置无功功率调节次数，每次调节后检测并网电压的降压效果，若调节后并网电压变小，进行下一次无功功率调节，直到并网电压恢复到正常运行范围，实现并网电压的快速、可靠调节。
在某一次无功功率调节后检测到并网电压的当前值大于无功功率调节前的值时，通过减小光伏逆变器发出的有功功率调节所述并网电压，在进行无功功率调节的基础上，结合有功功率调节，恢复光伏逆变器的并网电压。本发明优先调节无功功率，在消除电抗对电压影响依然无法满足电压要求时，再去调整有功功率，消除电阻对电压的影响。
采用有功功率调节抑制并网电压时，同样利用多次调节的方式，设置有功功率调节次数，每次调节后检测并网电压的降压效果，若调节后并网电压变小，进行下一次有功功率调节，直到并网电压恢复到正常运行范围，实现并网电压的快速、可靠调节。
为了防止光伏发电出力调节时出现功率震荡，设置电压滞回区，电压范围为第三电压设定范围，将光伏逆变器的当前有功功率和无功功率作为限制功率，光伏逆变器保持当前的有功功率和无功功率不再增加。
附图说明
图1是分布式光伏发电并网系统结构示意图；
图2是分布式光伏发电就地功率调节程序流程图。
具体实施方式
通过现场运行数据和实验室测试发现，线路的电抗并不像公布号为104935002的中国专利中提到的那样小，现场实验证实，无功功率对电压的影响一样很大，因此，线路的电抗不能忽略，尤其是在分布式电源并网易发生过压的长线路末端，其线路电抗对并网电压的影响更加突出，更不能忽略。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
实施例一：
本发明的分布式光伏逆变器并网电压控制方法包括以下步骤：
检测分布式光伏逆变器并网电压，当并网电压在第一电压设定范围内时，检测光伏逆变器的当前视在功率，若当前视在功率小于额定视在功率的N1倍时，0<N1<1，判断光伏逆变器具备无功调节能力，通过增加光伏逆变器发出的无功功率调节所述并网电压。本发明通过检测光伏逆变器的当前视在功率确定其无功调节能力，若具有无功调节能力，利用增加发出无功功率调节的方式抑制光伏逆变器的并网电压，该方法成本低，不需要依赖先进的通信设施，只通过调节光伏逆变器的自身无功出力，就能实现并网电压的抑制。
每次无功功率调节的步骤为：按照设定的无功功率增量控制光伏逆变器增加发出的无功功率，无功功率增量为额定视在功率的N2倍，0<N2≤0.1。无功功率增量调节后延时第一设定时间，检测所述并网电压的当前值是否比增加所述无功功率增量前的并网电压的值小，若是，继续判断并网电压的当前值是否在第一电压设定范围内，若在，进行下一次无功功率增量的调节，直到并网电压恢复到第二电压设定范围内，该第二电压设定范围的最大值小于第一电压设定范围的最小值。
本发明利用无功功率调节抑制并网电压时，采用多次调节的方式，每次调节后检测并网电压的降压效果，若调节后并网电压变小，进行下一次无功功率调节，直到并网电压恢复到第二电压设定范围内，实现并网电压的快速、可靠调节。
若并网电压的当前值比增加无功功率增量前的并网电压的值大，或二者大小相等，通过减小光伏逆变器发出的有功功率调节并网电压。有功功率调节时，每次调节的步骤为：按照设定的有功功率增量控制器光伏逆变器减小发出的有功功率。有功功率增量调节后延时第一设定时间，检测并网电压的当前值是否比减小有功功率增量前的并网电压的值小，若是，判断并网电压的当前值是否还在第一电压设定范围内，若在，进行下一次有功功率增量的调节，直到并网电压恢复到第二电压设定范围内。
本发明在无功功率调节到容量极限还不能解决电压偏差问题的情况下，再对其有功功率进行调节，该方法成本低，不需要依赖先进的通信设施，只通过调节光伏逆变器的自身出力，就能实现并网电压的抑制，提高分布式光伏发电的渗透率。
本实施例在单独进行无功功率调节时，或进行无功功率调节和有功功率调节时，若在第二设定时间内，并网电压没有恢复到第二电压设定范围内，光伏逆变器退出运行。
本实施例在每次有功功率调节后检测光伏逆变器的视在功率的当前值，当光伏逆变器的视在功率的当前值无调节容量时，启动光伏逆变器的过压保护。
本实施例中的第一设定时间为100毫秒，即无功功率增量调节后/或有功功率增量调节后的时间间隔为100毫秒。
为了防止光伏发电出力调节时出现功率震荡，本发明可设置电压滞回区，电压范围为第三电压设定范围，将光伏逆变器的当前有功功率和无功功率作为限制功率，光伏逆变器保持当前有功功率和无功功率不再增加。该第三电压设定范围的最小值大于第二电压设定范围的最大值，第三电压设定范围的最大值小于第一电压设定范围的最小值。
实施例二：
本发明的一种分布式光伏发电并网系统结构如图1所示，分布式光伏发电是以电流源的方式并网，如果本地负荷较少，电能将通过配网线路向远处传输，由于线路阻抗的存在，势必会引起并网电压的升高。分布式光伏的无约束接入运行可能导致配电网某些节点出现过电压，分布式光伏发电将脱网无法正常发电，严重影响分布式光伏发电的渗透率。
本发明将并网电压的范围进行以下划分：
85％UN≤U≤109％UN，为正常运行区，分布式光伏发电以最大功率跟踪模式正常运行；
109％UN＜U≤110％UN，为电压滞回区，为了防止功率震荡设置此区域；将当前功率值赋值给功率限值，保持当前功率不再增加；
110％UN＜U≤135％UN，为功率调节区；
U＞135％UN，为过压保护区，在规定时间内，过压保护动作。
一种光伏逆变器并网电压控制方法流程如图2所示，具体包括以下步骤：
步骤一，启动计时器，记录过压时间，进入步骤二。
步骤二，判定分布式光伏发电S＜0.9SN，S为分布式光伏发电当前视在功率；SN分布式光伏发电当额定功率；若不小于，说明分布式光伏发电已不具备无功调节能力，进入步骤七；若小于，说明分布式光伏发电还具备无功调节能力，进入步骤三。
步骤三，分布式光伏发电增加无功输出，每次增加值ΔQ＝0.1SN。
步骤四，延时0.1秒，等待系统电压稳定后，进入步骤五。
步骤五，判断并网电压U与无功调节前U’的变化；若变小，说明增加无功降低了并网电压，进入步骤六，判断能否继续增加；若变大，说明增加无功对降低并网电压无效，进入步骤七。
步骤六，判断系统电压110％UN＜U≤135％UN，依然过压，返回步骤一进行下一轮无功调节；若系统电压U＜110％UN，恢复到正常范围，则停止调节，返回初始状态。
步骤七，分布式光伏发电减少有功输出，每次减少值ΔP＝0.1SN。
步骤八，延时0.1秒，等待系统电压稳定后，进入步骤八。
步骤九，判断系统电压110％UN＜U≤135％UN，依然过压，进入步骤十；若系统电压U＜110％UN，恢复到正常范围，则停止调节，返回初始状态。
步骤十，判断光伏逆变器输出的视在功率S≤0.1SN；若S≤0.1SN，已无调节容量，进入步骤十一，过压保护停机；若S＞0.1SN，还有调节容量，返回步骤七，进入下一轮有功功率调节。
步骤十一，光伏发电出力调节到最小也无法满足电压调节需要，光伏逆变器过压保护。
U＞135％UN，认为系统发生故障，分布式光伏发电可不进行调节，在0.2秒延时确认后，光伏逆变器退出运行。
本发明在110％UN＜U≤135％UN的功率调节区内进行调节，光伏逆变器根据并网电压，优先调节无功功率输出，通过发出感性无功来补偿线路电抗对电压的影响，在达到光伏逆变器最大视在功率或者发现并网电压升高时，停止增加无功输出，开始减少有功输出，实现并网电压快速抑制。调节过程在2秒内完成，若2秒并网电压没有恢复到正常范围，光伏逆变器退出运行。
本发明可以在不增加控制设备，不增加建设成本的条件下，仅通过调整分布式光伏发电逆变器控制策略，在分布式光伏逆变器电压响应时间、容量允许的范围内优先调节其无功功率，在无功功率调节到容量极限还不能解决电压偏差问题的情况下，再对其有功功率进行调节，解决分布式电源接入对配电网电压的影响，提高分布式光伏发电的渗透率。
通过现场运行数据和实验室测试，线路电抗的影响不能忽略，尤其是在线路末端，线路电抗对并网电压的影响更加突出；因此在在线路较长，离变压器较远，线路电抗较大，线路电抗对电压的影响比较显著的应用场景下，如果此时电压不是特别严重，仅通过调节无功功率，无需调节有功功率，即可使电压恢复正常。
本发明还提出了一种分布式光伏逆变器并网电压控制装置，包括处理器，处理器用于执行实现以下步骤的指令：
检测分布式光伏逆变器并网电压，当并网电压在第一电压设定范围内时，获取光伏逆变器的当前视在功率，根据当前视在功率判断光伏逆变器是否具备无功调节能力，若具备，通过增加光伏逆变器发出的无功功率调节所述并网电压。
上述所指的光伏逆变器并网电压控制装置，实际上是基于本发明方法流程的一种计算机解决方案，即一种软件构架，可以应用到分布式光伏逆变器中，上述装置即为与方法流程相对应的处理进程。由于对上述方法的介绍已经足够清楚完整，故不再详细进行描述。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种分布式光伏逆变器并网电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测分布式光伏逆变器并网电压，当并网电压在第一电压设定范围内时，获取光伏逆变器的当前视在功率，根据当前视在功率判断光伏逆变器是否具备无功调节能力，若具备，通过增加光伏逆变器发出的无功功率调节所述并网电压。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏逆变器并网电压控制方法，其特征在于，无功功率调节的步骤为：按照设定的无功功率增量控制光伏逆变器增加发出的无功功率，检测所述并网电压的当前值是否比增加所述无功功率增量前的并网电压的值小，若是，判断所述并网电压的当前值是否还在所述第一电压设定范围内，若在，进行下一次无功功率增量的调节。
3.根据权利要求2所述的分布式光伏逆变器并网电压控制方法，其特征在于，若所述并网电压的当前值比增加所述无功功率增量前的并网电压的值大，通过减小光伏逆变器发出的有功功率调节所述并网电压。
4.根据权利要求3所述的分布式光伏逆变器并网电压控制方法，其特征在于，有功功率调节的步骤为：按照设定的有功功率增量控制器光伏逆变器减小发出的有功功率；检测所述并网电压的当前值是否比减小所述有功功率增量前的并网电压的值小，若是，判断所述并网电压的当前值是否还在所述第一电压设定范围内，若在，进行下一次有功功率增量的调节。
5.根据权利要求4所述的分布式光伏逆变器并网电压控制方法，其特征在于，每次有功功率调节后检测光伏逆变器的视在功率的当前值，当光伏逆变器的视在功率的当前值无调节容量时，启动光伏逆变器的过压保护。
6.根据权利要求4或5所述的分布式光伏逆变器并网电压控制方法，其特征在于，每次无功功率增量调节后或有功功率增量调节后延时第一设定时间。
7.根据权利要求4或5所述的分布式光伏逆变器并网电压控制方法，其特征在于，在进行无功功率调节时，或在进行无功功率调节和有功功率调节时，若在第二设定时间内所述并网电压没有恢复到第二电压设定范围内，光伏逆变器退出运行；所述第二电压设定范围的最大值小于所述第一电压设定范围的最小值。
8.根据权利要求7所述的分布式光伏逆变器并网电压控制方法，其特征在于，当所述并网电压在第三电压设定范围内时，将光伏逆变器的当前有功功率和无功功率作为限制功率；所述第二电压设定范围的最大值小于第三电压设定范围的最小值，第三电压设定范围的最大值小于所述第一电压设定范围的最小值。
9.一种分布式光伏逆变器并网电压控制装置，其特征在于，包括处理器，处理器用于执行实现以下步骤的指令：
检测分布式光伏逆变器并网电压，当并网电压在第一电压设定范围内时，获取光伏逆变器的当前视在功率，根据当前视在功率判断光伏逆变器是否具备无功调节能力，若具备，通过增加光伏逆变器发出的无功功率调节所述并网电压。
10.根据权利要求9所述的分布式光伏逆变器并网电压控制装置，其特征在于，无功功率调节的步骤为：按照设定的无功功率增量控制光伏逆变器增加发出的无功功率，检测所述并网电压的当前值是否比增加所述无功功率增量前的并网电压的值小，若是，判断所述并网电压的当前值是否还在所述第一电压设定范围内，若在，进行下一次无功功率增量的调节。
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