CN112421639B - 分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统和方法，在当前交流电网母线分布式光伏发电接入点与负载接入点之间串联接入串联变压器；串联变压器输出连接AC/DC双向变换器交流侧，AC/DC双向变换器直流连接DC/AC双向变换器直流侧，DC/AC双向变换器交流侧连接至交流电网其它母线；计算当前交流电网母线线路电压与线路电流的相位差；如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象，否则以线路电流为锁相对象，调节所述AC/DC双向变换器输入或输出电压相位。本发明无需配置储能单元，且在调节低压配电台区线路电压的同时能够兼顾电能质量与用户收益，提高分布式发电渗透率，保障用户用电安全。
Description
技术领域
本发明涉及分布式发电技术领域，尤其涉及一种分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统和方法。
背景技术
随着新能源技术的发展，分布式光伏发电的研究逐渐兴起，并且受到越来越多的重视。分布式光伏发电系统是位于用户附近的小型电力能源集成形式，它靠近用户并可与配电网互联，具有节省输电投资、提高供电可靠性、减缓大电网供电压力和减轻环境污染等优点。
当分布式光伏发电接入低压配电台区后，在没有光伏发电输出功率支持的情况下，馈线末端节点的电压降低程度很大，在负荷高峰期，末端电压可能越限，将出现负荷供电不足的情况；而当分布式光伏发电输出功率后，如图1所示，由于配电网的输电线路以及变压器原因，线路上的节点电压将得到抬升(U3)，且越靠近馈线末端的节点，电压抬升率越大，线路过电压将造成光伏逆变器由于过压保护与自恢复并网功能而频繁脱网与频繁并网，减少设备寿命，并且会损害用电设备，甚至烧毁家用电器，因此针对低压配电台区线路欠压与分布式光伏发电接入后的线路过压问题亟待解决。
现有技术中，针对上述低压配电台区的线路过/欠压解决方案基本是分开处理的，例如通过配置SVG(静止无功发生器)抬升线路电压，但是输出的无功功率易降低系统功率因数且带来衍生的电能质量问题；通过限制分布式光伏发电输出功率减缓线路电压抬升程度，但将降低用户收益且线路电压始终高于系统额定电压。
发明内容
针对目前的现状与需求，本发明提供一种分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统和方法，兼顾电能质量与用户收益，提高分布式发电渗透率，保障系统供电质量。
为达到上述目的，本发明提供了一种分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统，包括串联变压器、AC/DC双向变换器以及DC/AC双向变换器；
所述串联变压器串联接入当前交流电网母线分布式光伏发电接入点与负载接入点之间；
所述AC/DC双向变换器将所述串联变压器输出的交流电压转换为直流电压输出或将输入的直流电压转换为交流电压经所述串联变压器输出至当前交流电网母线；
所述DC/AC双向变换器将所述AC/DC双向变换器输出的直流电压转换为交流电压后输入至交流电网其它母线或者由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器。
进一步地，所述AC/DC双向变换器包括控制器，计算当前交流电网母线线路电压与线路电流的相位差；
如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象，调节所述AC/DC双向变换器输入或输出电压相位；
如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象，调节所述AC/DC双向变换器输入或输出电压相位。
进一步地，所述控制器判断如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象：如果线路电压为欠压，则所述DC/AC双向变换器由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器，所述控制器根据欠压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压一致；如果线路电压为过压，则所述AC/DC双向变换器根据过压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压相差180°，所述DC/AC双向变换器维持其与AC/DC双向变换器连接处的直流电压恒定，并将由线路吸收的电能馈入其他母线。
进一步地，所述控制器判断如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象：如果线路电压为欠压，则所述DC/AC双向变换器由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器，所述控制器根据欠压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电流一致；如果线路电压为过压，则所述AC/DC双向变换器根据过压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压相差180°，所述DC/AC双向变换器维持其与AC/DC双向变换器连接处的直流电压恒定，并将由线路吸收的电能馈入其他母线。
进一步地，所述控制器判断如果线路电压没有发生欠压或过压则保持所述AC/DC双向变换器当前状态。
本发明另一方面提供一种分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节方法，包括：
在当前交流电网母线分布式光伏发电接入点与负载接入点之间串联接入串联变压器；串联变压器输出连接AC/DC双向变换器交流侧，AC/DC双向变换器直流连接DC/AC双向变换器直流侧，DC/AC双向变换器交流侧连接至交流电网其它母线；
如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象：判断如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象：如果线路电压为欠压，则所述DC/AC双向变换器由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器，根据欠压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压一致；如果线路电压为过压，则所述AC/DC双向变换器根据过压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压相差180°，所述DC/AC双向变换器维持其与AC/DC双向变换器连接处的直流电压恒定，并将由线路吸收的电能馈入其他母线。
如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象：判断如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象：如果线路电压为欠压，则所述DC/AC双向变换器由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器，根据欠压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电流一致；如果线路电压为过压，则所述AC/DC双向变换器根据过压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压相差180°，所述DC/AC双向变换器维持其与AC/DC双向变换器连接处的直流电压恒定，并将由线路吸收的电能馈入其他母线。
进一步地，如果线路电压没有发生欠压或过压则保持所述AC/DC双向变换器当前状态。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)本发明提供分布式光伏发电接入低压配电台区线路电压调节系统和方法，无需配置储能单元，且在调节低压配电台区线路电压的同时能够兼顾电能质量与用户收益，提高分布式发电渗透率，保障用户用电安全。
(2)本发明将欠压调节与过压调节集中在同一系统中，便于控制与维护；在进行欠压调节时不会产生额外的无功功率，不会对配电台区电能质量造成影响；在进行过压调节的时候无需限制光伏发电输出功率，对用户收益不会造成损失；
(3)本发明调节线路电压所需吸收或者释放的电能直接取自或者馈入电网，无需配置造价高昂的储能单元，降低改造成本；
(4)本发明由于锁相对象确认环节的存在，能够保障补偿电压与线路电压始终保持同相位，不会衍生其他电能质量问题。
附图说明
图1是现有分布式光伏发电接入低压配电台区线路过电压示意图；
图2为分布式光伏发电接入低压配电台区线路电压调节系统；
图3为分布式光伏发电接入低压配电台区线路电压调节方法；
图4为运用本发明方法时电压调节效果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种分布式光伏发电接入低压配电台区线路电压调节系统，包括串联变压器、AC/DC双向变换器以及DC/AC双向变换器，如图2所示。在线路中通过串联变压器T1串联接入1#AC/DC双向变换器，同时与2#DC/AC双向变换器背靠背连接，1#AC/DC双向变换器主要功能为针对线路电压状态进行补偿或者吸收，2#DC/AC双向变换器主要功能为从交流大电网取能或者馈能，并建立背靠背直流电压，电压调节系统输出端电压相位默认与线路电压保持一致。
图2中，根据基尔霍夫第二定律，有：
其中
为光伏发电接入点电压，
为线路压降，
为线路电压，
为补偿电压。因此，由于电压调节系统输出端补偿电压
的存在，使线路电压U3的调节可根据系统状态进行合理的调节。
AC/DC双向变换器内部设置控制器，调节AC/DC双向变换器输出补偿电压
的大小及相位。如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象，调节所述AC/DC双向变换器输入或输出电压相位；如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象，调节所述AC/DC双向变换器输入或输出电压相位。补偿电压
的大小由欠压或过压的电压值大小决定，使得补充后的线路电压欠压或过压的电压值趋近于0。
本发明另一方面提供一种分布式光伏发电接入低压配电台区线路电压调节方法，如图3所示。根据馈网型电力电子装置的锁相环控制原则，若为并联接入型则以线路电压为锁相对象，若为串联接入型则以线路电流为锁相对象，本发明接入对象虽然为串联接入型，但考虑到分布式光伏发电接入低压台区后极易引起其他电能质量问题，因此本发明的电压调节需要结合线路电压与线路电流相位差是否越限进行实施，具体实施步骤如下：
1)如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象，进入步骤2)；如果相位差未越限，则以线路电流为锁相对象，进入步骤3)；
2)判断线路电压是否为欠压，若为欠压，则Ut相位与线路电压保持一致，2#DC/AC双向变换器从交流大电网吸收电能为线路电压的缺额进行补偿，保障线路电压维持在标准值；若为过压，则Ut反转，其相位与线路电压相差180°，2#DC/AC双向变换器将从线路中吸收的电能馈入交流大电网，保障线路电压维持在标准值，结束流程；
3)判断线路电压是否为欠压，若为欠压，则Ut相位与线路电流保持一致，2#DC/AC双向变换器从交流大电网吸收电能为线路电压的缺额进行补偿，保障线路电压维持在标准值；若为过压，则Ut反转，其相位与线路电流相差180°，2#DC/AC双向变换器将从线路中吸收的电能馈入交流大电网，保障线路电压维持在标准值，结束流程。
如图4所示为一个实施例中，分布式光伏发电接入低压配电台区线路电压的调节效果图。在t1时刻系统电压跌落至110V，调节系统补偿电压110V；t2时刻系统电压恢复正常，调节系统补偿电压0V；t3时刻线路电压抬升至270V，调节系统补偿电压-50V(补偿电压与线路反相位)；t4时刻线路电压恢复正常，调节系统补偿电压0V。从t1时刻至t4时刻，负载电压始终维持在220V。
综上所述，本发明涉及一种分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统和方法，在当前交流电网母线分布式光伏发电接入点与负载接入点之间串联接入串联变压器；串联变压器输出连接AC/DC双向变换器交流侧，AC/DC双向变换器直流连接DC/AC双向变换器直流侧，DC/AC双向变换器交流侧连接至交流电网其它母线；计算当前交流电网母线线路电压与线路电流的相位差；如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象，否则以线路电流为锁相对象，调节所述AC/DC双向变换器输入或输出电压相位。本发明无需配置储能单元，且在调节低压配电台区线路电压的同时能够兼顾电能质量与用户收益，提高分布式发电渗透率，保障用户用电安全。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (6)
1.一种分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统，其特征在于，包括串联变压器、AC/DC双向变换器以及DC/AC双向变换器；
所述串联变压器串联接入当前交流电网母线分布式光伏发电接入点与负载接入点之间；
所述AC/DC双向变换器将所述串联变压器输出的交流电压转换为直流电压输出或将输入的直流电压转换为交流电压经所述串联变压器输出至当前交流电网母线；
所述DC/AC双向变换器将所述AC/DC双向变换器输出的直流电压转换为交流电压后输入至交流电网其它母线或者由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器；
所述AC/DC双向变换器包括控制器，计算当前交流电网母线线路电压与线路电流的相位差；
如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象，调节所述AC/DC双向变换器输入或输出电压相位；
如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象，调节所述AC/DC双向变换器输入或输出电压相位。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统，其特征在于，所述控制器判断如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象：如果线路电压为欠压，则所述DC/AC双向变换器由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器，所述控制器根据欠压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压一致；如果线路电压为过压，则所述AC/DC双向变换器根据过压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压相差180°，所述DC/AC双向变换器维持其与AC/DC双向变换器连接处的直流电压恒定，并将由线路吸收的电能馈入其他母线。
3.根据权利要求2所述的分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统，其特征在于，所述控制器判断如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象：如果线路电压为欠压，则所述DC/AC双向变换器由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器，所述控制器根据欠压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电流一致；如果线路电压为过压，则所述AC/DC双向变换器根据过压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压相差180°，所述DC/AC双向变换器维持其与AC/DC双向变换器连接处的直流电压恒定，并将由线路吸收的电能馈入其他母线。
4.根据权利要求2所述的分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节系统，其特征在于，所述控制器判断如果线路电压没有发生欠压或过压则保持所述AC/DC双向变换器当前状态。
5.一种分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节方法，其特征在于，包括：
在当前交流电网母线分布式光伏发电接入点与负载接入点之间串联接入串联变压器；串联变压器输出连接AC/DC双向变换器交流侧，AC/DC双向变换器直流连接DC/AC双向变换器直流侧，DC/AC双向变换器交流侧连接至交流电网其它母线；
如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象：判断如果相位差超过设定阈值，则以线路电压为锁相对象：如果线路电压为欠压，则所述DC/AC双向变换器由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器，根据欠压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压一致；如果线路电压为过压，则所述AC/DC双向变换器根据过压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压相差180°，所述DC/AC双向变换器维持其与AC/DC双向变换器连接处的直流电压恒定，并将由线路吸收的电能馈入其他母线；
如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象：判断如果相位差未超过设定阈值，则以线路电流为锁相对象：如果线路电压为欠压，则所述DC/AC双向变换器由其它母线吸收电能转换为直流电压输出至所述AC/DC双向变换器，根据欠压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电流一致；如果线路电压为过压，则所述AC/DC双向变换器根据过压值调节输出交流电压的大小，输出交流电压的相位与线路电压相差180°，所述DC/AC双向变换器维持其与AC/DC双向变换器连接处的直流电压恒定，并将由线路吸收的电能馈入其他母线。
6.根据权利要求5所述的分布式光伏发电接入配电台区线路电压调节方法，其特征在于，如果线路电压没有发生欠压或过压则保持所述AC/DC双向变换器当前状态。
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| CN112421639A (zh) | 2021-02-26 |
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