配电网中分布式光伏并网PQ协调控制策略研究

摘要

光伏作为世界上发展最快的可再生能源，其潜在的价值被世界各国所青睐，高渗透率下运行已成为发展新态势。随着分布式光伏系统在配电网中的渗透水平不断提高，反向潮流引起的电压越限和用户功率因数不合格成为亟待解决的问题。当分布式光伏接入配电网后，如何针对逆变器制定合理有效的本地控制策略和通过分布式光伏的优化运行对网络进行最优分区实现区域电压控制，已经成为提高光伏渗透率的新要求、新高度。因此，重新审视分布式光伏接入配电网的优化运行与本地控制策略，具有重要的理论意义与工程价值。 本文第一部分首先对分布式光伏接入低压配电网后产生的电压越限机理进行分析，确定以逆变器无功裕度调节为前提，有功功率削减做支撑的PQ协调控制策略思想。其次对电压越限时有可能发生的用户功率因数不合格问题，建立了以电压安全为主目标，功率因数合格为辅目标的控制模型，对系统出现的不同工况采用多模式切换控制，充分发挥各逆变器本地控制策略潜力和无功调节能力。在此基础上，对单个光伏并网和多个光伏并网系统进行测试，测试结果表明所研究的电压-功率因数双模式的逆变器本地控制策略的有效性。本文第二部分对目前迫切需要解决高渗透率分布式光伏并网所产生的电压越限问题，考虑多节点之间耦合度和电压偏差最小为前提，以逆变器输出有功和无功作为控制变量，在考虑节点电压灵敏度分析的基础上，采用一种网络分区理论的高比例分布式光伏并网集群电压控制策略。将配电网划分为若干个分区，针对每个子分区，采用闪电算法(LFA)优化方法的无功/有功电压分区控制方案来调节区内各节点电压。最后以33节点测试系统和某工程的典型现场数据为例，对多节点接入配网的优化控制策略及其算法进行仿真测试。测试结果表明所研究的的优化分区控制策略是正确的，建立的最优分区电压控制模型及其算法是有效的。

目录

声明

1 绪论

1.1课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1分布式光伏接入配电网的影响

1.2.2 分布式光伏接入配电网电压控制研究现状

1.3 本文的主要研究工作

2 光伏发电系统的建模及对配电网电压影响

2.1 光伏发电系统建模与原理特性

2.1.1光伏电池基本特性

2.1.2 光伏并网逆变器数学模型

2.1.3 光伏并网逆变器PQ控制数学模型

2.2 分布式光伏并网对配电网电压及用户整体功率因数的影响

2.2.1分布式光伏的接入对并网点电压的影响

2.2.2用户整体功率因数的影响

2.3低压配电网中阻抗比对电压越限变化幅度特性分析

2.4电压越限仿真测试

2.5 本章小结

3基于电压-功率因数双模式的分布式光伏逆变器控制策略

3.1 电压-功率因数双模式控制策略思想

3.1.1逆变器的无功控制容量

3.2不同工作模式下控制系统数学模型

3.3算例仿真与结果分析

3.3.1 单个光伏系统并网QSP控制方案测试

3.3.2多个光伏系统并网QSP控制方案测试

3.4本章小结

4 基于网络分区理论的分布式光伏并网集群电压控制策略

4.1有功/无功电压灵敏度分区解耦

4.2建立网络最优分区模型

4.2.1 传统网络分区模型

4.2.2 建立改进网络分区模型

4.3 子分区无功/有功电压控制方案

4.3.1 有功无功协调优化目标函数

4.3.2 有功无功优化约束条件

4.3.3 协调优化控制的闪电算法

4.4仿真测试与结果分析

4.4.1 最优分区模型计算结果

4.4.2 不同场景下电压控制结果分析

4.5 工程验证及分析

4.6本章小结

5结论与展望

致谢

参考文献

附录

在校学习期间发表的论文与参加科研情况