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考慮并網光伏電源出力時序特性的配電網無功規劃

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年08月07日  

河北農業大學機電工程學院、華北電力大學電氣與電子工程學院的研究人員陳麗、張晉國等,在2014年第12期《電工技術學報》上撰文,提高分布式電源的接納能力,使配電網設備經濟高效地運行是智能配電網的基本要求之一。論文分析了并網光伏電源有功出力和無功出力的概率分布,在保證并網光伏電源最大有功輸出,并充分利用其無功出力的基礎上,建立了以無功補償方案全壽命周期凈收益現值為目標函數的配電網無功規劃模型,實現了用較少無功補償投資滿足配電網的無功需求。提出了一種混沌多粒子群算法對上述模型進行求解,該算法克服了基本粒子群算法早熟問題。通過含并網光伏電源的配電網無功規劃實例,驗證了上述無功規劃模型和算法的正確性和有效性。


近年來,分布式發電(DistributedGeneration,DG)技術以其獨有的環保性和經濟性引起人們越來越多的關注。經過多年的發展,太陽能光伏發電已經成為一種較成熟的新能源發電技術[1]。2012 年10月27 日,國家電網公司正式發布《關于做好分布式光伏發電并網服務工作的意見》,明確規定了對分布式發電富余電力的全額收購。


分布式光伏電源接入配電網后,使傳統的單電源輻射配電網變成多電源結構,這對配電網的節點電壓、支路潮流和網絡損耗等都帶來了影響。本文在對并網光伏電源的有功出力、無功出力時序特性分析的基礎上,研究了含并網光伏電源的配電網無功規劃問題。


已有文獻對含分布式電源的配電網無功規劃進行了研究。文獻[2,3]分析了分布式并網發電系統無功功率的輸出特性,提出在進行無功規劃時要充分發揮DG的無功補償能力。文獻[4]在考慮分布式電源無功功率輸出特性的基礎上進行了分布式電源接入規劃。文獻[5]研究了DG以不同容量和不同位置接入配電網后,對配電網電壓和網損的影響,建立了配電網無功規劃模型。


文獻[6]研究了包含多種分布式電源的配電網無功規劃問題。文獻[7]在考慮了分布式電源有功、無功出力獨立調節能力的基礎上,研究了含分布式發電系統的配電網無功規劃問題。


上述文獻對各種分布式電源的有功、無功出力進行了分析,其中文獻[4-7]以分布式電源恒定有功、無功出力為前提條件,對配電網無功規劃問題進行了研究,由于未考慮分布式電源出力的間歇性和時序性,規劃結果準確性較差。


并網光伏逆變器將光伏電池輸出的直流電變換成交流電輸送到電網,同時有選擇地對電網補償一定的無功電流。其主電路一般采用電壓型全橋結構,該結構與常規的靜止無功發生器(Static Var Generator,SVG)主電路完全一致。通常,光伏逆變器有一個最低工作電壓(常規逆變器為450V),當光照度不夠(比如,陰天、晚上等),輸入電壓低于其最低工作電壓時,進入休眠或離網模式。


此時,若改變其控制策略,可實現同時具有并網發電與無功補償功能或只具有無功補償功能的功率調節系統。充分利用光伏逆變器的無功出力,不僅可以節省傳統無功補償設備投資,并且具有良好的無功補償快速響應特性,對提高配電網末梢的供電能力和電能質量具有重要作用。


近幾年,已有文獻研究了利用光伏并網逆變器富余容量來進行無功補償[3,8-11]和有源濾波[12,13]。文獻[3]對光伏并網發電及無功補償的統一控制進行了仿真和試驗樣機研制。文獻[8]提出了一種將無功補償、電壓波動補償與光伏并網發電相結合的、具有較強低電壓穿越能力的兩級式三相光伏并網系統。文獻[9]提出了一種具有無功補償功能的單級式三相光伏并網系統,該系統在實現太陽能電池最大功率點跟蹤的同時,還能夠實時補償本地負載的無功電流。


文獻[10]提出了一種單相光伏結合分段能量存儲系統的級聯多電平逆變器,實現了對電網的無功補償。文獻[11]提出了將光伏并網發電與無功補償、有源濾波相統一的思想,新的系統結構和控制策略使光伏并網發電系統能夠同時實現光伏并網發電與無功、諧波的補償。


上述文獻的仿真結果和實際應用證明,通過合理的控制策略,光伏并網逆變器可以在保證最大有功輸出的同時,同步實現對電網的無功補償。因此研究并網光伏電源有功功率和無功功率輸出的間歇性和時序性,在充分利用并網光伏電源有功、無功出力的基礎上進行配電網無功規劃,可以用較少的無功補償投資實現配電網安全、穩定、經濟且高效地運行。


結論


本文考慮并網光伏電源的間歇性建立了其出力時序模型,在充分利用并網光伏電源有功、無功出力的基礎上,提出了配電網無功規劃模型和求解方法,通過無功規劃實例分析,得出如下結論:


(1)并網光伏電源具有較強的無功輸出特性,配電網無功規劃時應合理利用。


(2)考慮并網光伏電源出力間歇性和時序性的出力模型將使配電網無功規劃結果更接近實際,更真實地反映出配電網規劃方案的各項經濟技術指標。


(3)利用混沌運動的遍歷性、隨機性和規律性的特點,結合配電網無功規劃問題的求解特點,對多種群粒子群算法進行改進,在不過多增加計算量的同時,可以幫助局部最優粒子逃離局部極值點,并快速搜尋到最優解。


配電網負荷出力也具有明顯的時序特性,同時考慮負荷和并網光伏電源出力時序特性的配電網無功規劃能更好地提高無功規劃結果的合理性。本文只考慮了并網光伏電源,其模型和方法也可借鑒性地應用于含其他分布式電源或多種分布式電源的配電網無功規劃研究。


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