技术研究：考虑并网光伏电源出力时序特性的配电网无功规划

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摘要：近年来，分布式发电（DistributedGeneration，DG）技术以其独有的环保性和经济性引起人们越来越多的关注。经过多年的发展，太阳能光伏发电已经成为一种较成熟的新能源发电技术[1]。2012 年10月27 日，国家电网公司正式发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，明确规定了对分布式发电富余电力的全额收购。 河北农业大学机电工程学院、华北电力大学电气与电子工程学院的研究人员陈丽、张晋国等，在2014年第12期《电工技术学报》上撰文，提高分布式电源的接纳能力，使配电网设备经济高效地运行是智能配电网的基本要求之一。论文分析了并网光伏电源有功出力和无功出力的概率分布，在保证并网光伏电源最大有功输出，并充分利用其无功出力的基础上，建立了以无功补偿方案全寿命周期净收益现值为目标函数的配电网无功规划模型，实现了用较少无功补偿投资满足配电网的无功需求。提出了一种混沌多粒子群算法对上述模型进行求解，该算法克服了基本粒子群算法“早熟”问题。通过含并网光伏电源的配电网无功规划实例，验证了上述无功规划模型和算法的正确性和有效性。 近年来，分布式发电（DistributedGeneration，DG）技术以其独有的环保性和经济性引起人们越来越多的关注。经过多年的发展，太阳能光伏发电已经成为一种较成熟的新能源发电技术[1]。2012 年10月27 日，国家电网公司正式发布《关于做好分布式光伏发电并网服务工作的意见》，明确规定了对分布式发电富余电力的全额收购。 分布式光伏电源接入配电网后，使传统的单电源辐射配电网变成多电源结构，这对配电网的节点电压、支路潮流和网络损耗等都带来了影响。本文在对并网光伏电源的有功出力、无功出力时序特性分析的基础上，研究了含并网光伏电源的配电网无功规划问题。 已有文献对含分布式电源的配电网无功规划进行了研究。文献[2,3]分析了分布式并网发电系统无功功率的输出特性，提出在进行无功规划时要充分发挥DG的无功补偿能力。文献[4]在考虑分布式电源无功功率输出特性的基础上进行了分布式电源接入规划。文献[5]研究了DG以不同容量和不同位置接入配电网后，对配电网电压和网损的影响，建立了配电网无功规划模型。 文献[6]研究了包含多种分布式电源的配电网无功规划问题。文献[7]在考虑了分布式电源有功、无功出力独立调节能力的基础上，研究了含分布式发电系统的配电网无功规划问题。 上述文献对各种分布式电源的有功、无功出力进行了分析，其中文献[4-7]以分布式电源恒定有功、无功出力为前提条件，对配电网无功规划问题进行了研究，由于未考虑分布式电源出力的间歇性和时序性，规划结果准确性较差。 并网光伏逆变器将光伏电池输出的直流电变换成交流电输送到电网，同时有选择地对电网补偿一定的无功电流。其主电路一般采用电压型全桥结构，该结构与常规的静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）主电路完全一致。通常，光伏逆变器有一个最低工作电压（常规逆变器为450V），当光照度不够（比如，阴天、晚上等），输入电压低于其最低工作电压时，进入休眠或离网模式。 此时，若改变其控制策略，可实现同时具有并网发电与无功补偿功能或只具有无功补偿功能的功率调节系统。充分利用光伏逆变器的无功出力，不仅可以节省传统无功补偿设备投资，并且具有良好的无功补偿快速响应特性，对提高配电网末梢的供电能力和电能质量具有重要作用。 近几年，已有文献研究了利用光伏并网逆变器富余容量来进行无功补偿[3,8-11]和有源滤波[12,13]。文献[3]对光伏并网发电及无功补偿的统一控制进行了仿真和试验样机研制。文献[8]提出了一种将无功补偿、电压波动补偿与光伏并网发电相结合的、具有较强低电压穿越能力的两级式三相光伏并网系统。文献[9]提出了一种具有无功补偿功能的单级式三相光伏并网系统，该系统在实现太阳能电池最大功率点跟踪的同时，还能够实时补偿本地负载的无功电流。 文献[10]提出了一种单相光伏结合分段能量存储系统的级联多电平逆变器，实现了对电网的无功补偿。文献[11]提出了将光伏并网发电与无功补偿、有源滤波相统一的思想，新的系统结构和控制策略使光伏并网发电系统能够同时实现光伏并网发电与无功、谐波的补偿。 上述文献的仿真结果和实际应用证明，通过合理的控制策略，光伏并网逆变器可以在保证最大有功输出的同时，同步实现对电网的无功补偿。因此研究并网光伏电源有功功率和无功功率输出的间歇性和时序性，在充分利用并网光伏电源有功、无功出力的基础上进行配电网无功规划，可以用较少的无功补偿投资实现配电网安全、稳定、经济且高效地运行。