基于OLTC和SVC的光伏并网发电电压控制技术研究

费丽强，赵娜

（1．嘉兴电力局,浙江嘉兴314033；2．北京和利时系统工程有限公司,北京 102600）

能源形势日益严峻，光伏发电作为可再生能源的作用与应用前景正日益得到社会的普遍认同[1-2]。

光伏发电作为分布式发电（Distributed Generation,DG）的一种，其工作特点是将太阳能光伏阵列产生的直流电经并网逆变器转换成符合电网要求的交流电之后，直接进入公共电网，光伏发电产生的功率除了供给交流负载外，多余的功率反馈给电网。光伏并网发电系统在一般情况下只提供给电网有功功率；负载的无功功率一般由电网提供或由专用的无功补偿设备如静止无功补偿装置SVC，静止无功发生器SVG等提供[3-4]。

分布式光伏电源并入配电网时会使得配电线路电压升高，而分布式光伏电源退出运行时，对于依靠分布式光伏电源支撑电压的线路又可能会使线路末端电压越限。当分布式光伏电源接入或退出运行使得配电网电压越限时，在不增加设备的情况下，本文提出利用调节有载调压变压器（OLTC）的分接头来改善配电网电压分布；在调节有载调压变压器（OLTC）无法满足的情况下，利用有载调压变压器（OLTC）和静止无功补偿装置（SVC）复合式调节方式，使从而配电网的电压分布曲线在更加合理的范围内。

1 基于OLTC与SVC的光伏并网发电电压控制技术

1.1 基于SVC的光伏并网发电电压控制技术

分布式光伏电源并网运行时，采用无功补偿与分布式光伏电源并网发电的复合式调节的控制技术，能够有效改善配电网电压分布[5-7]。其中，SVC安装在线路合适的地点：一种情况是SVC安装在分布式光伏电源并网点；另一种情况是SVC安装在其他需要通过无功补偿进行电压调节的节点（如，线路末端等）。

具体控制技术如下：当分布式光伏电源正常发电并网运行时，可以根据配电网的电压调节要求，通过分布式光伏电源与SVC补偿装置的复合式调节来调压。分布式光伏电源既可以发出有功功率，也可以发出无功功率；SVC可以动态调节无功功率。因此，线路上所传输的无功功率可以由分布式光伏电源和SVC共同提供，也可以由SVC单独提供通过分布式光伏电源与动态无功补偿器SVC补偿装置的复合式调节，使配电线路电压满足供电电压偏差要求。

1.2 基于OLTC的光伏并网发电电压控制技术

分布式光伏电源并入配电网中会使得配电线路电压升高，而分布式光伏电源退出运行时，对于依靠分布式光伏电源支撑电压的线路又可能会使线路末端电压越限。因此为了保证分布式光伏电源在运行和退出运行的情况下，配电线路电压都能够满足供电需求，必须考虑调压技术[8]。

有载调压变压器分接头调整的具体策略如下:

1）若光伏电源并入电网后线路电压越过电压上限，则逐渐升高OLTC高压侧分接头档位i，变压器变比增大为从而变压器低压侧输出电压减少为达到调节低压侧配电网电压的目的。式中，U1为变压器高压侧输入电压；U′2为调整档位后的变压器低压侧输出电压；i为变压器高压侧分接头的档位数；n′1为变压器原边绕组匝数；n2为变压器副边绕组匝数。

2）当并网运行的分布式光伏电源出力不足或退出运行时，造成线路电压越过电压下限，则逐渐降低OLTC高压侧分接头档位i，变压器变比减少为，从而变压器低压侧输出电压增大为达到调节低压侧配电网电压的目的。

3）若线路各节点电压均在正常的电压偏差范围之内，则保持变压器分接头档位不变。

1.3 基于OLTC与SVC的光伏并网发电电压控制综合技术

图1为基于OLTC和SVC的光伏并网发电电压复合式控制示意图。综合考虑上述两种控制策略的优劣，在单一调节有载调压变压器无法实现的场合，通过有载调压变压器（OLTC）与静止无功补偿装置（SVC）复合式调节，可以使电压偏差控制在允许的范围之内，从而改善配电网的电压分布。

图1 基于OLTC与SVC的光伏并网发电电压控制示意图Fig.1 The voltage control schematic of PV gridconnection power generation based on OLTC and SVC

2 仿真验证

1）基于SVC的光伏并网发电电压控制技术仿真验证。采用的配电网结构如图2所示，光伏电源安装在节点6的位置，图中用N表示，下同。SVC安装在相同位置，电压等级为10 kV。线路总负荷pld=10.2 MW，cos准＝0.92。为了使仿真结果具有可比性，假设在各种运行工况下，线路始端的电压始终保持在10.5 kV，在此假设下进行各种仿真并作比较分析。

图2 含分布式光伏电源的配电网模型Fig.2 The distribution network model with distributed photovoltaic power generation

如图3中实线所示，分布式光伏电源与SVC补偿装置均未投入时，由于配电线路流过的功率过大而导致线路电压降落过大，配电线路节点5之后各节点电压越下限。这时，可通过分布式光伏电源与SVC补偿装置的复合式调节来调压，如图3中虚线所示，这样在节点6处可支撑线路电压，保证线路各节点电压均满足供电电压偏差要求，使配电线路上的电压分布更加合理。

图3 分布式光伏电源与SVC复合式调节线路电压效果图Fig.3 The voltage chart of distributed photovoltaic power and SVC composite regulation

2）基于OLTC的光伏并网发电电压控制技术仿真验证。这里采用如图4所示的配电网络来进行论述，光伏电源安装在节点6的位置，其中网络电压等级为110 kV，发电机出口侧装有额定变比为100±2×2.5%/10 kV的有载调压变压器。

图4 含OLTC的分布式光伏电源配电网模型Fig.4 The distribution network model of distributed photovoltaic power with OLTC

图5 所示为线路电压越上限时配电网各节点电压分布对比曲线。由图中实曲线所示，当光伏电源接入配电网时，由于配电网线路中流过的功率过大，使得配电网电压越上限。通过调节OLTC分接头档位，可使配电网电压调整到合适水平，如图5中虚线所示。

图5 线路电压越上限时配电网各节点电压分布对比曲线Fig.5 The comparison curves of node voltage distribution when line voltage exceed in the upper limit

由图6中实线所示，当光伏电源低出力运行时，由于配电网线路中流过的功率过小，使得配电网电压越下限。这时，可以通过调节OLTC分接头档位，如图中虚线所示，使配电网电压调整到合适水平。

图6 线路电压越下限配电网各节点电压分布对比曲线Fig.6 The comparison curves of node voltage distribution when line voltage exceed in the lower limit

3）基于OLTC与SVC的光伏并网发电电压控制综合技术仿真验证。仿真结果如图7所示，并在节点10加装SVC。由图可得，当含有分布式光伏电源的配电网线路电压不满足要求时，首先考虑通过有载调压变压器（OLTC）来调压，如果无法通过单一的调节OLTC分接头方式实现调压目的时，则可以加装无功补偿装置（如：SVC），通过有载调压变压器与SVC复合式调节使线路电压满足电能质量的要求。

图7 基于OLTC与SVC的复合式调压效果图Fig.7 The composite voltage regulating chart based on OLTC and SVC

3 结论

1）分布式光伏电源在配电线路上以不同位置接入配电网，利用静止无功补偿装置（SVC）进行调压后，可以有效地改善配电线路电压分布曲线，从而使得配电线路各节点的电压偏移保持在合格的范围内。

2）在分布式光伏电源并入配电网后，利用有载调压变压器（OLTC）来改善分布式光伏电源接入配电网时对电压分布影响的控制策略，通过调节有载调压变压器（OLTC）的分接头档位达到调节低压侧配电网电压的目的，以改善分布式光伏电源接入配电网对电压分布的影响。

3）在单一调节有载调压变压器无法实现的场合，通过有载调压变压器与静止无功补偿装置（SVC）复合式调节，可以使电压偏差控制在允许的范围之内，从而改善电网的电压分布。

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