分布式屋顶光伏(PV)发电机近年来繁荣分布式发电(DG)。屋顶PV连接的某些随机性可能导致三个阶段的显着光伏电源不平衡,特别是在低压分布系统中。由于间线耦合,通常具有能力电压调节性能的传统VAR补偿方法可能在这种光伏不平衡场景中变得较低。在本文中,对具有不平衡PV功率集成的电压调节中传统var补偿方法的限制和综合分析。在描述电压调节攻击后,基于电压灵敏度分析,据揭示了PV功率不平衡水平与相导体之间的等效互阻抗在一起对传统VAR补偿方法对电压调节的有效性影响显着影响。在此基础上,为了提高电压调节方法的性能,提出了一些关于当前系统运行和未来分配系统规划的建议。数值研究表明了拟议建议的有效性。LV系统中未来的屋顶PV集成可以从本研究中受益。GydF4y2Ba
近年来,光伏、风电、电动汽车等各种分布式发电和存储系统蓬勃发展[GydF4y2Ba
为避免潜在的过电压问题,应仔细评估分配系统的最大PV渗透。在早期研究中,单相等效系统用于估计具有高PV渗透水平的可能电压问题[GydF4y2Ba
为了容纳更多的屋顶光伏发电机,需要无功补偿装置积极参与电压调节[GydF4y2Ba
另一方面,仅依靠本地测量(如光伏发电量和本地线对地电压)的无功补偿方法也已在集中光伏电站中广泛应用,用于公共耦合点(PCC)电压调节[GydF4y2Ba
然而,由于单相屋顶PV发生器随机集成到低压配电系统中,因此在三个阶段的PV功率渗透趋于不平衡。在这种情况下,广泛实现的本地依赖性VAR补偿方法可以成功控制大型光伏工厂的PCC电压可能在具有分布式屋顶PV发电机的电压调节方面变得较低。本文综合地分析了用不平衡光伏电力集成的电压调节局部相关VAR补偿方法的限制。GydF4y2Ba
本文的其余部分组织如下GydF4y2Ba
近年来,屋顶光伏发电越来越受欢迎,不仅因为其清洁和可再生的特点,而且这些光伏系统可以在为客户的家用电器供电后,将多余的电力卖回给公用事业单位。GydF4y2Ba
PV面板仅在白天生成有源电力,中午期间的峰值值,如图所示GydF4y2Ba
在一天内PV电源和负载需求:(a)归一化光伏电源型材;(b)没有光伏电力集成的负载型材;(c)用光伏电力集成负载轮廓。GydF4y2Ba
图中显示了一个具有相应控制回路的PV系统的原理图GydF4y2Ba
光伏系统示意图。GydF4y2Ba
采用PLL组件将PWM和控制方案同步到PCC电压。以这种方式,AC信号被转换为DQ帧对应信号,并且控制器可以处理其直流等效值而不是原始正弦信号。GydF4y2Ba
直流电压平方之间的误差GydF4y2Ba
电流指令被传输到dq帧驱动中建立的电流控制方案GydF4y2Ba
大量光伏功率集成引起的反向潮流将显著增加配电馈线末端的系统电压,这可能会引发过电压问题。为了缓解电压升高,需要光伏逆变器提供无功补偿。GydF4y2Ba
由于无功补偿方法的有效性和易实施性,迄今为止,仅依靠本地测量的无功补偿方法已广泛应用于大型光伏电站的电压调节。两种典型的局部相关无功补偿方法如图所示GydF4y2Ba
传统的VAR补偿方法:(a)恒定功率因数曲线;(b)功率因数下垂曲线[GydF4y2Ba
住宅用户几乎直接连接到由11 kV/415 V配电变压器供电的415 V低压系统。由于11kv / 415v变压器的抽头位置固定,无法参与系统电压调节,因此11kv侧电压波动对415v系统影响较大。图中显示了从一个11 kV/415 V配电变压器二次侧记录的一个月的电压剖面GydF4y2Ba
在11kV / 415 V变压器的次级侧录制一个月电压曲线。GydF4y2Ba
在传统配电系统中,住宅负荷在三个阶段近似平衡。然而,屋顶光伏发电机通常是随机安装的。因此,光伏发电集成往往不平衡,特别是在客户有限的低压系统中。在情况1中假设了一种可能的情况(在A到C阶段,光伏渗透率分别为25%、30%和45%)。具体负荷和光伏容量见表GydF4y2Ba
负载和光伏安装能力。GydF4y2Ba
| A阶段A.GydF4y2Ba | 阶段B.GydF4y2Ba | 阶段C.GydF4y2Ba | |
|---|---|---|---|
| 高峰负荷GydF4y2Ba | 58千瓦,11.6千乏GydF4y2Ba | 60千瓦,12千乏GydF4y2Ba | 62 kW,12.4kvarGydF4y2Ba |
| PV容量(案例1)GydF4y2Ba | 14.5千瓦(25%)GydF4y2Ba | 18 千瓦(30%)GydF4y2Ba | 28 kW(45%)GydF4y2Ba |
| PV容量(案例2)GydF4y2Ba | 29 kW (50%)GydF4y2Ba | 30 kW(50%)GydF4y2Ba | 31 KW(50%)GydF4y2Ba |
不同情况下电压调节性能。GydF4y2Ba
| 电压调节方法GydF4y2Ba | A阶段A.GydF4y2Ba | 阶段B.GydF4y2Ba | 阶段C.GydF4y2Ba |
|---|---|---|---|
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| 恒定功率因数(0.9)GydF4y2Ba | 1.038.GydF4y2Ba | 1.069GydF4y2Ba | 1.036GydF4y2Ba |
| 功率因数下降曲线GydF4y2Ba | 1.041GydF4y2Ba | 1.065GydF4y2Ba | 1.043GydF4y2Ba |
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| 恒定功率因数(0.9)GydF4y2Ba | 1.053 PU.GydF4y2Ba | 1.054聚氨酯GydF4y2Ba | 1.046 PU.GydF4y2Ba |
| 功率因数下降曲线GydF4y2Ba | 1.054聚氨酯GydF4y2Ba | 1.054聚氨酯GydF4y2Ba | 1.050 PU.GydF4y2Ba |
然而,存在一个有趣的现象,即随着所有三相的PV穿透增加到50%,如案例2所示,B相的过压问题可以通过这两种局部相关无功补偿方法中的任何一种成功消除。详细案例数据和电压调节性能分别列示于n张桌子GydF4y2Ba
通常,由于大量的PV功率集成可能导致过电压问题,因此应通过实用程序估算最大允许的PV渗透率。然而,基于情况下的电压调节性能和案例2,如果更高但平衡的PV渗透被认为是最严重的情况,则可能估计可能在潜在的过压问题。在估计的PV积分级别之前可能发生过压问题,但PV渗透较低但不平衡。GydF4y2Ba
此外,值得一提的是,具有最高PV渗透的相位不一定具有最高电压。如表所示GydF4y2Ba
上面揭示了用不平衡光伏电力集成的电压调节局部依赖性VAR补偿方法的限制。在本节中,分析了该电压调节问题的原因。GydF4y2Ba
对于有三相四线架空线路的配电系统,沿馈线电压降可表示为[GydF4y2Ba
由于存在等效互阻抗(GydF4y2Ba
为了研究具有不平衡的PV功率集成的电压调节性能,在本节中对单相有功功率注入的三相电压灵敏度进行了说明。不损失一般性,假设一定量的有功功率注入相C,这导致线电流GydF4y2Ba
中给出的电压-电流关系(GydF4y2Ba
三相电压对单相潮流的敏感性:(a)仅在C相注入有功功率;(b)仅从C相吸收无功功率。GydF4y2Ba
如图所示GydF4y2Ba
为了解无功功率吸收对相电压的影响,给出了相似的分析。在图GydF4y2Ba
由单相电力注入或无功功率吸收引起的三相电压变化总结如表中GydF4y2Ba
三相电压灵敏度总结。GydF4y2Ba
| 三相电压变化GydF4y2Ba | |||
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| P阶段注射GydF4y2Ba |
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| P相B注射GydF4y2Ba |
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| P阶段C注射GydF4y2Ba |
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| Q在A阶段吸收GydF4y2Ba |
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| Q在B相吸收GydF4y2Ba |
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| Q阶段C的吸收GydF4y2Ba |
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总而言之,由于相导体之间的等效互阻抗,一个相中的主动和无功功率流动可能对其他两个阶段的电压上升或下降产生显着影响。此外,不平衡的PV功率集成也使局部依赖的VAR补偿方法较低,这显着挑战了电压调节方法的有效性。为了提高有效性,提出了一些建议。GydF4y2Ba
大多数以前的研究强调,高光伏渗透可能导致配电系统中的电压调节问题。然而,根据第GydF4y2Ba
由于配电馈线末端最容易受到PV功率注入过多造成的严重过电压问题的影响,因此不同母线的所有光伏发电装机容量首先转换为馈线末端为GydF4y2Ba
虽然电压调节的限制对于所有本地依赖的VAR补偿方法是不可避免的,但不同的方法具有不同的电压调节性能。例如,当PV穿透不平衡时,功率因数下垂曲线方案与恒定功率因数方案的恒定功率因数方案相比,导致较低的过电压,如表1的情况下GydF4y2Ba
根据表中总结的三相电压灵敏度GydF4y2Ba
为了进一步缓解B相的过电压问题,死区GydF4y2Ba
功率因数下垂曲线与更宽的死区。GydF4y2Ba
具有不同功率因数下降曲线的电压调节性能。GydF4y2Ba
| 功率因数下降曲线的参数GydF4y2Ba | A阶段A.GydF4y2Ba | 阶段B.GydF4y2Ba | 阶段C.GydF4y2Ba |
|---|---|---|---|
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1.041 PU.GydF4y2Ba | 1.065 PU.GydF4y2Ba | 1.043 PU.GydF4y2Ba |
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1.050 PU.GydF4y2Ba | 1.059 PU.GydF4y2Ba | 1.053 PU.GydF4y2Ba |
由于功率因数下垂曲线的死带变宽,电压违规前的相同局部电压将吸收较少的无功功率。因此,可以进一步降低来自相A和C的无功功率吸收,这将导致两相A和C的电压上升如表中GydF4y2Ba
如本节所述GydF4y2Ba
根据 (GydF4y2Ba
415 V低压配电系统,具有64个客户所示GydF4y2Ba
一个典型的415v低压配电系统,64个客户。GydF4y2Ba
设计415 V分配系统以满足所有可能的负载水平和上游(11kV侧)电压波动操作。假设11kV / 415V变压器的次级侧电压在1.0PU和1.05 PU之间变化,在图中示出了最高和最低上游电压的一天中的总线9的相应三相电压轮廓GydF4y2Ba
PV电力集成在具有不同上游电压的PV电力集成之前的三相电压:(a)最高上游电压(1.05 pu);(b)最低上游电压(1.0 PU)。GydF4y2Ba
正如本文分析的,除了光伏功率渗透外,光伏功率不平衡指数对配电系统电压调节也有重要影响。如果光伏装机容量在三个阶段(24 千瓦,25 千瓦和26千瓦 s A至C相功率为kW,总容量为75 根据第节中的定义,光伏功率的不平衡指数为0.023GydF4y2Ba
数字GydF4y2Ba
电压调节性能近似平衡PV功率集成:(a)恒定功率因数;(b)功率因数下降曲线。GydF4y2Ba
然而,由于屋顶光伏发电机随机分布在三相,因此在配电系统中不可避免地面临不平衡光伏功率集成。具有相同的总安装容量(75 kW),如果每个阶段的光伏安装容量为17 千瓦,24 千瓦和34千瓦 分别为千瓦时,局部相关无功补偿方法的局限性出现。在这种情况下,光伏功率不平衡指数为0.2。GydF4y2Ba
采用恒定功率因数方案和功率因数下降曲线方案的相应时间序列仿真结果如图所示GydF4y2Ba
不同局部依赖无功补偿方法的三相电压分布:(a)恒功率因数;(b)功率因数下降曲线。GydF4y2Ba
如果局部相关的VAR补偿遵循具有宽死区的功率因数下垂曲线,则在一定程度上可以在一定程度上减轻过电压问题。数字GydF4y2Ba
功率因数下垂曲线具有不同参数的电压调节性能:(a)GydF4y2Ba
由于屋顶光伏发电机的随机连接,光伏穿透在三相之间趋于不平衡,尤其是在低压配电系统中。在这种情况下,局部依赖的无功补偿方法在缓解过电压方面可能会变得不太有效。GydF4y2Ba
本文分析了电压调节问题。分析结果表明相位导体之间的等效互阻抗与不平衡的PV功率集成以及局部依赖的VAR补偿方法更低效果。GydF4y2Ba
在此基础上,对当前系统运行和未来规划提出了一些建议。具体而言,(1)建议公用事业单位同时使用光伏渗透和光伏不平衡指数来描述屋顶光伏发电机的集成;(2)在光伏不平衡集成下,屋顶光伏发电机的电压调节性能较好,建议采用死区较宽的功率因数下降曲线;(3)在未来配电系统规划中,为适应屋顶光伏发电机组更多的随机连接,建议未来各电力公司设计相间等效互阻抗较小的配电馈线。GydF4y2Ba
用于支持本研究结果的数据可根据要求可从相应的作者获得。GydF4y2Ba
作者声明他们没有利益冲突。GydF4y2Ba