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摘 要：我国光伏发点产业发展迅速，越来越多的光伏电源接入到配电网中。本文主要分析了光伏发电并入点电压特性和含光伏发电网内电压分布特性，并对光伏发电系统接入电网的影响，提出了解决对策，为大量光伏发电系统接入电网提供一定的理论技术支持。
关键词：光伏发电；参与配电网；控制策略
光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。光伏发电技术，以其节能和环保的优势，具有势不可挡的发展势头，随着这些分布式电源的接入，配电网的设计、规划、营运和控制都要升级换代来适应其发展。随着越来越多的分布式光伏电源接入到配电网中，开展分布式光伏发电并网对原配电网影响的研究很有必要。
1、配电网内电压特性分析
随着太阳能光伏产业的不断发展，光伏电源在配电网中的比例逐渐增大，然而，光伏发电的运行将会直接影响到配电网的并入点电压，进而改变电网电压的分布。同时，由于光伏发电量通常是变化波动的，使得配电网电压波动，这就需要采用分布式光伏电源无功补偿控制或者附加配电网调节设备等手段来进行配电网电压调节，才能达到所需电压质量，最终实现有关光伏发电参与配电网电压调节的优化控制目的。作为配电网的重要组成部分——太阳能光伏发电，越来越受到人们的重视，然而，对光伏发电高渗透率下的放射状配电网，其负荷分布对配电网的影响较大，如果其负荷沿馈线均匀分布，不会出现电流波动现象，则其有功和无功流将沿着配电网线路而递减，距馈线首端d处无功潮流可表达为：：
Qd= Q0（1-d/L）
式中：Qd表示馈线首端无功潮流的值；L表示配电网线路的总长。在实际计算中，线路两端的相位移通常比较小，可将电压变化量分解为垂直分量和水平分量，用水平分量来近似，并忽略其垂直分量。对于涉及到光伏发电的放射状配电网，我们可以将其系统简化如下图所示。图中，将Bus1表示为电压源，Bus2为光伏发电并入点。
图中，φ表示功率因素角；I表示配电网中互联线路的电流； Rline表示互联线路等效电阻； Pflow表示配电网互联线路有功潮流；Qflow表示配电网互联线路无功潮流；PPV表示太阳光伏发电注入有功；Xline表示配电网互联线路等效电抗；QPV表示光伏注入无功。如果太阳光伏发电接入配电网系统并且发电功率发生改变时，配电网中线路上的电流I将会产生ΔI的变化。我们可以根据等效电路来计算出光伏发电所产生的电流的波动情况，一般情况下，光伏发电并入点 Bus2 上的电压变化值为：
式中，Zsc表示电网系统中的短路阻抗； Xsc表示电网系统中的短路电抗；ΔSPV表示配电网中光伏发电的注入功率变化；θ表示光伏发电电源功率的因数角；Sk表示太阳能光伏电源并入点的短路容量；ΔIq表示配电网无功电流的变化量；ΔIp表示配电网的有功电流变化量。由此可见，在有关光伏电源发电注入功率比较稳定，并且其总容量不变的前提下，并入配电网后的节点电压是变化的，同时变化情况还符合并入前的以电压矢量终点为中心的圆函数族。
2、光伏发电参与配电网电压调节的控制策略
2.1多个光伏电源参与电压调节
配电网络应在光伏电源无功输出的总和最少的情形下，保证电压恢复到设定值的范围内，其本身就属于对配电网络的优化。但根据相应的推导公式可了解到，不同的输电线路的节点电压对于Q变化的反映程度，在公式中表现为对圆切线斜率的反映不同，由此，配电网络还应根据不同节点电压对于功率变化的敏感程度实现对无功支撑项进行分配，从而实现配电网络的优化。由以上分析可知，太阳能光伏分布式电源对并入点后的网络节点呈线性关系，而对并入点前的网络节点电压影响为非线性。
2.2光伏输出波动下的电源电压调节
一般情况下，在光伏发电电网中，如果配电网达到一定渗透率后，配电网电压容易受到各种因素的影响，如负荷变化、光伏发电的波动以及并入切除等，甚至越界偏离允许范围，这就需要我们优化光伏输出波动下的电源电压调节，来确保电网供电的稳定可靠。
3、结束语
目前以光伏发电为代表的分布式可再生能源在全球范围内增长极为迅速，如欧美日等发达国家均已开展各自的光伏屋顶等计划，在我国部分省市，光伏屋顶计划也在酝酿之中。随着分布式光伏电源在配电网中的比例增大，其运行将影响其并入点电压，并改变馈线的电压分布。光伏发电量通常不稳定，在多云等情况下会出现频繁波动，导致配电网电压波动；当分布式光伏电源在配电网中达到较高渗透率时（如日本NEDO在群马县光伏屋顶项目），需采用附加配电网调节设备、分布式光伏电源无功补偿控制等手段才能达到所需电压质量。分布式光伏电源高渗透率下的配电网电压研究，目前主要集中于配电网调节设备的协调控制、光伏发电的定无功补偿或本地电压控制等。但这些方法都基于本地信息，难以协调发挥光伏电源的无功能力，以达到更优化的控制效果。本文通过分析光伏发电并入点电压特性及其并人后的配电网电压分布特性，从光伏电源并入点和配电网电压分布两方面指出光伏发电参与电压控制的支撑作用。进一步将电压问题分为由光伏电源输出的缓慢波动和外部负荷等情况大扰动两类问题，结合本地控制和全局控制提出光伏电源参与电压调节策略，电压调节策略利用全局静态信息和局部动态信息，在每个周波的采样计算时间内对光伏发电无功输出和配网无功分布进行实时管理，给出具体控制框图。并通过仿真，论证了所提出的电压管理策略在改善含大量光伏发电的配电网电压质量和稳定性方面的作用。
参考文献：
[1] 梁廷全.电压调节与无功补偿的综合自动控制[J]. 煤矿机电. 2006（06）
[2] 光伏电源并网关键技术研究获成功[J]. 华东电力. 2010（12）
关键词：光伏发电；参与配电网；控制策略
光伏发电是根据光生伏打效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。光伏发电技术，以其节能和环保的优势，具有势不可挡的发展势头，随着这些分布式电源的接入，配电网的设计、规划、营运和控制都要升级换代来适应其发展。随着越来越多的分布式光伏电源接入到配电网中，开展分布式光伏发电并网对原配电网影响的研究很有必要。
1、配电网内电压特性分析
随着太阳能光伏产业的不断发展，光伏电源在配电网中的比例逐渐增大，然而，光伏发电的运行将会直接影响到配电网的并入点电压，进而改变电网电压的分布。同时，由于光伏发电量通常是变化波动的，使得配电网电压波动，这就需要采用分布式光伏电源无功补偿控制或者附加配电网调节设备等手段来进行配电网电压调节，才能达到所需电压质量，最终实现有关光伏发电参与配电网电压调节的优化控制目的。作为配电网的重要组成部分——太阳能光伏发电，越来越受到人们的重视，然而，对光伏发电高渗透率下的放射状配电网，其负荷分布对配电网的影响较大，如果其负荷沿馈线均匀分布，不会出现电流波动现象，则其有功和无功流将沿着配电网线路而递减，距馈线首端d处无功潮流可表达为：：
Qd= Q0（1-d/L）
式中：Qd表示馈线首端无功潮流的值；L表示配电网线路的总长。在实际计算中，线路两端的相位移通常比较小，可将电压变化量分解为垂直分量和水平分量，用水平分量来近似，并忽略其垂直分量。对于涉及到光伏发电的放射状配电网，我们可以将其系统简化如下图所示。图中，将Bus1表示为电压源，Bus2为光伏发电并入点。
图中，φ表示功率因素角；I表示配电网中互联线路的电流； Rline表示互联线路等效电阻； Pflow表示配电网互联线路有功潮流；Qflow表示配电网互联线路无功潮流；PPV表示太阳光伏发电注入有功；Xline表示配电网互联线路等效电抗；QPV表示光伏注入无功。如果太阳光伏发电接入配电网系统并且发电功率发生改变时，配电网中线路上的电流I将会产生ΔI的变化。我们可以根据等效电路来计算出光伏发电所产生的电流的波动情况，一般情况下，光伏发电并入点 Bus2 上的电压变化值为：
式中，Zsc表示电网系统中的短路阻抗； Xsc表示电网系统中的短路电抗；ΔSPV表示配电网中光伏发电的注入功率变化；θ表示光伏发电电源功率的因数角；Sk表示太阳能光伏电源并入点的短路容量；ΔIq表示配电网无功电流的变化量；ΔIp表示配电网的有功电流变化量。由此可见，在有关光伏电源发电注入功率比较稳定，并且其总容量不变的前提下，并入配电网后的节点电压是变化的，同时变化情况还符合并入前的以电压矢量终点为中心的圆函数族。
2、光伏发电参与配电网电压调节的控制策略
2.1多个光伏电源参与电压调节
配电网络应在光伏电源无功输出的总和最少的情形下，保证电压恢复到设定值的范围内，其本身就属于对配电网络的优化。但根据相应的推导公式可了解到，不同的输电线路的节点电压对于Q变化的反映程度，在公式中表现为对圆切线斜率的反映不同，由此，配电网络还应根据不同节点电压对于功率变化的敏感程度实现对无功支撑项进行分配，从而实现配电网络的优化。由以上分析可知，太阳能光伏分布式电源对并入点后的网络节点呈线性关系，而对并入点前的网络节点电压影响为非线性。
2.2光伏输出波动下的电源电压调节
一般情况下，在光伏发电电网中，如果配电网达到一定渗透率后，配电网电压容易受到各种因素的影响，如负荷变化、光伏发电的波动以及并入切除等，甚至越界偏离允许范围，这就需要我们优化光伏输出波动下的电源电压调节，来确保电网供电的稳定可靠。
3、结束语
目前以光伏发电为代表的分布式可再生能源在全球范围内增长极为迅速，如欧美日等发达国家均已开展各自的光伏屋顶等计划，在我国部分省市，光伏屋顶计划也在酝酿之中。随着分布式光伏电源在配电网中的比例增大，其运行将影响其并入点电压，并改变馈线的电压分布。光伏发电量通常不稳定，在多云等情况下会出现频繁波动，导致配电网电压波动；当分布式光伏电源在配电网中达到较高渗透率时（如日本NEDO在群马县光伏屋顶项目），需采用附加配电网调节设备、分布式光伏电源无功补偿控制等手段才能达到所需电压质量。分布式光伏电源高渗透率下的配电网电压研究，目前主要集中于配电网调节设备的协调控制、光伏发电的定无功补偿或本地电压控制等。但这些方法都基于本地信息，难以协调发挥光伏电源的无功能力，以达到更优化的控制效果。本文通过分析光伏发电并入点电压特性及其并人后的配电网电压分布特性，从光伏电源并入点和配电网电压分布两方面指出光伏发电参与电压控制的支撑作用。进一步将电压问题分为由光伏电源输出的缓慢波动和外部负荷等情况大扰动两类问题，结合本地控制和全局控制提出光伏电源参与电压调节策略，电压调节策略利用全局静态信息和局部动态信息，在每个周波的采样计算时间内对光伏发电无功输出和配网无功分布进行实时管理，给出具体控制框图。并通过仿真，论证了所提出的电压管理策略在改善含大量光伏发电的配电网电压质量和稳定性方面的作用。
参考文献：
[1] 梁廷全.电压调节与无功补偿的综合自动控制[J]. 煤矿机电. 2006（06）
[2] 光伏电源并网关键技术研究获成功[J]. 华东电力. 2010（12）