含分布式电源的配电网的电压控制方案研究

本次项目针对分布式电源接入配电网后，以光伏发电为例，由于其输出功率产生的随机性和波动性将引起系统潮流流向的紊乱，导致电压波动以及电压越限等问题，提出了一种将含储能设备的微网作为中间媒介的稳定配电网电压的方案。即先将分布式电源（PV）并入一个含储能设备的微网，通过储能设备充放电，可将系统的工作模态划分为4种：1、当处于孤岛运行时，通过蓄电池充电可以吸收网内剩余功率；2、当处于孤岛运行时，通过蓄电池放电达到补充系统功率缺额的目的；3、当含储能设备的微电网接入配电网时，网侧接口变换器处于逆变模式，微电网的剩余功率送到到大电网；4、当含储能设备的微电网接入配电网时，网侧接口变换器处于整流模式，配电网提供微电网中的系统缺额，实现稳定该微网的电压水平。从而将该微网并入配电网时就不会引起配电网电压波动，也不会产生电压越限的问题。由于发电时光照强度的骤变是导致系统电压波动问题的主要因素，而基于储能的微网通过不同的运行方式对电压进行控制，可以快速抑制由光照强度变化引起的光伏发电输出有功功率波动 ,避免引起配电网的电压波动，有利于提升系统的动态性能，实现储能装置功率的快速调节的优势。最后通过Matlab／Simulink软件对不同工作模式进行仿真，验证基于储能微网的电压控制稳定配电网电压的可行性和有效性。
3.2国内外研究概况
分布式电源接入配电网避免了传统辐射状网络供电模式下的远距离输电的投资和损耗，也改变了配电网的潮流。目前，国内外很多学者已经关注分布式电源的接入配电网对电压控制的影响。
3.2.1分布式电源接入配电网主要影响为：
①.对并入点电压的影响。由于分布式电源发电的随机性，如果直接并入电网后会影响配电网的电压稳定性，但是分布式电源的并入，可以增加区域配网的整体短路容量，从而加强系统电压强度，在一定程度上能够抑制区域配网内出现的电压波动以及电压越限等问题。
分别对系统处于并网运行和孤岛运行时，通过Matlab／Simulink软件对不同工作模式进行仿真，直流微电网处于孤岛运行状态时，为了满足直流负荷的要求，并保证逆变器和Boost变换器较好的控制性能，系统必须保证有稳定的直流母线电压。系统孤岛运行时 ，网侧接口变换器始终逆变运行。观测在两种运行情况下网侧电压电流的幅值，相位，波形，功率因数。看通理论预期值是否一致。若仿真实验结果得到验证，则进入实物模型的建立和实验验证。
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②.对配电网电压分布的影响。当分布式电源接入配电网，系统潮流的流向就不再是传统辐射状网络单向的由电源流向负荷，例如在轻荷的情况下，潮流的方向可能会转向配电系统。潮流的转向会改变馈线上的压降方向，从而用户侧电压可能出现异常上升，出现高于允许值的结果。
③.分布式电源的功率波动对配电网的影响。正常运行情况下，光伏发电输出功率受光照强度影响会产生波动，配电网各节点电压因此也会出现波动，从而导致各节点电压发生较大偏差。
通常情况下，光伏阵列的输出直流电压都小于电网电压的峰值，并网光伏系统中，必须把光伏阵列输出的直流电能经过前级的Boost变换器进行升压后再与后级的网侧逆变器连接。前级变换器与后级网侧逆变器设置功率解耦电容，它连接并网光伏系统的前后两级，实现功率传递的作用。光伏阵列的最大功率跟踪控制可以设计成由前级变换器或者后级网侧逆变器实现。系统孤岛运行时，蓄电池变换器控制蓄电池完成充放电，使系统功率平衡，直流母线电压稳定；网侧接口变换器运行于逆变模式，为交流负荷提供稳定的交流电压。系统并网运行时，由网侧接口变换器维持母线电压稳定。
4.3本项目的特色与创新之处
①、之前含分布式电源的配电网中仅含有储能装置，储能装置仅能够对光伏发电多余的出力进行储能。而且经过储能后，储能装置无法将多余的电能进行的合理调配，造成能源的浪费。灵活控制性较差。并且，其带负荷能力差，耐冲击力差，当配网电压波动剧烈，很容易受到配网系统的冲击。
②、本项目将蓄电池通过逆变器与光伏发电系统并联以后接入直流微电网。当光伏发电系统出力过多储能装置将其储存后由微网进行合理的调配，实现太阳能的最大效率利用，并且，将光伏接入微网再经微网并入电网，光伏发电的电压就由微网控制。微电网接入配电网运行时，由网侧接口变换器维持直流母线电压稳定，并网后不会造成电压波动和电压越限等问题，达到了配网电压控制的目的。
3.2.2 国内外对分布式电源接入配电网而导致的电压越限及电压波动的解决方案主要分为两种。一种是传统的电压控制策略,即通过调节无功从而实现系统电压的相对稳定；另一种则是新型电压控制策略。
1、传统的电压控制策略：
①.无功补偿进行调压。通过采用静止补偿装置或电容器与分布式电源的投切配合来调节电网电压。该方式能在电压变化时快速平滑的调节无功功率并满足动态无功功率的补偿需求。
本项目主要以光伏发电接入配网为例，试对光伏发电接入配网后对其电压影响进行分析，找到一种合适于该项目的电压控制方案。该电压控制方案应能够有效解决光伏发电功率变化引起的对
配电网电压的波动和电压越限等问题，提高配电网电压质量。
项目
摘要
通过Matlab/Simulink软件对不同工作环境进行仿真分析，验证其可行性和有效性。
4.2.2技术路线：
得出能够解决问题的直流微网模型。
4.2.3实验方案：
根据上述分析，含储能设备的微电网系统既能够孤岛运行也能够并网运行，制定含光伏发电的微网模型。考虑到光伏板出力具有较强的随机性，故在可孤岛运行的微电网中，系统的功率平衡需储能单元的接入，另外，该系统还包括网侧接口单元以及光伏发电单元。
4.1.2研究目标：
本项目旨在对分布式电源接入含储能设备的直流微电网系统后对该微网系统影响的研究。以得出一种基于储能微网的分布式电源接入配网的电压控制方案。为分布式电源接入配电网提供一种新的思路和方法。
4.1.3关键问题和关键技术：
①.光伏发电电源电压不稳定接入微网后微网对其出力控制；
②.含光伏发电电源的微网并网运行时并网侧母线电压的控制；
4.2拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析
4.2.1研究方法：
本项目拟对分布式电源在微网控制下的并网运行及其孤岛运行做研究分析。分析方法主要通过Matlab／Simulink软件对不同工作模式进行仿真。经由仿真后，仿真结果与预期结果一致，则进入实物模型的建立，并对实物模型进行实验，论证其正确性。
含分布式电源的配电网的电压控制方案研究项目
项目
摘要
项目研究内容和意义（限500字）：
随着经济的快速发展，以清洁能源发电的分布式电源正成为一种主流趋势，其接入配电网数量越来越多。而光伏发电作为配电网的主要分布式电源，其发电功率很容易受天气变化和季节变换等外界环境因素的影响，特别是在多云的时候，光伏发电的功率输出波动会导致配电网电压的波动和电压越限等问题。正因为这些原因，使得分布式电源接入电网后对电网稳定运行产生影响。其中分布式电源接入配电网的电压控制是当前研究的热点问题。
关键词
分布式电源；光伏发电；电压波动；电压越限
二、项目组主要成员
项目组
总人数
高级职称
中级
初级
博士生
硕士生Байду номын сангаас
其他人员
序号
姓名
性别
出生年月
学历
职称
专业
工作单位
课题中的分工
签字
1
2
三、立项依据（不少于2000字）
3.1 项目的目的和意义
在煤炭资源日益消耗和环境破坏日益严重的情况下，分布式电源已经成为清洁能源的主要利用方式，越来越多的被应用于电网之中。分布式电源根据其使用的能源类型可分为两类：第一类是利用可再生能源作为分布式电源。主要包括太阳能光伏（PV）、风能、地热能和海洋能；第二类是利用不可再生能源的分布式电源。其主要包括内燃机、热电联产、然动机、微型燃气轮机、燃料电池发电等产能形式。但由于其易受地理环境和气候变化的影响，接入配电网后会导致系统电压产生较大的波动甚至电压越限等问题,从而使其接入大电网及大规模的应用受到了制约。
③、为了避免储能装置的滤波器在运行时发生谐振，本项目将一种阻值较小的电阻安装在滤波电容支路上。项目中的储能系统采用 PQ控制策略来控制微电网电压，进而稳定配电网电压。通过光伏发电系统对光伏电池的最大功率点跟踪控制，实现光伏出力的灵活配合，从而抑制发电功率波动，达到提高微网电压稳定性的目的，进而稳定配电网电压。控制器采用三环控制结构。为了提高系统的动态性能，在本装置中设置了电流环控制，可以快速调节储能装置的输出功率。
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③.光伏发电电源的最大功率功率点跟踪；
针对于上述问题，提出一种并网侧直流母线电压作为微网系统控制信号和电压控制策略，当处于孤岛运行时，通过蓄电池充电可以吸收微电网网内剩余功率；当处于孤岛运行时，通过蓄电池放电达到补充系统功率缺额的目的；当含储能设备的微电网接入配电网时，变换器处于逆变模式，微电网的剩余功率送到到大电网；当含储能设备的微电网接入配电网时，网侧接口变换器处于整流模式，配电网提供微电网中的系统缺额，实现稳定该微网的电压水平。
②.无功功率的重新分布。利用变压器有载调压方式调节对因分布式发电接入引起的电压波动进行调节。但该方式有许多不足之处。例如：调节手段过于单一，缺乏灵活性；调节分接头必须在电网无功充足的情况下,否则有可能造成电网无功不足；频繁调节分接头可能会缩短变压器的使用寿命。
2、新型电压控制策略：
①.一种运用灵敏度分析对分布式电源出力和投切电容器组的电压进行综合调节的控制方法。该方法对无功补偿点进行了选择，并使分布式电源的出力可以连续调节。这也是电容器组在电压调节方面所不具备的优点。
④.两级实时电压控制方案。为保持配电网电压在指定范围内，使用分布式发电单元(DGUs)进行电压控制。它包括局部控制和集中的控制两部分。局部控制可在扰动后提供快速响应,减少其影响,并提高电压质量。中央控制整则是对个网络使用测量收集的方法从而严格控制内部的电压变化。
主要参考文献目录
[1] 党克,佟宗超.含光伏发电的配电网电压稳定性控制研究[J].电力电子技术,2012,46(10):27-29.
四、研究方案（不少于2000字）
4.1主要研究内容、目标或经济技术指标、拟解决的关键问题
4.1.1研究内容：
分布式电源接入配电网后，由于光伏发电的输出功率受光照强度影响会引起系统潮流流向的紊乱，会出现电压波动以及电压越限等方面的问题，而采用含储能设备的直流微网形式并入配网可以有效解决上述问题。直流微网相比较交流微网而言，其电压频率和相位不变，只需控制其直流电压大小，因而分布式电源与负载接入直流微网可控性更高并使分布式电源的价值得到充分利用。这其中最为关键的，就是含储能设备的微网系统。本项目的研究内容，就是分布式电源经由含储能装置的直流微网控制后并入配网对配网电压控制的影响。
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②.以PV和电网相互影响的原理，对PV的并网提出了在非理想电网下的控制策略。即在保证并网电能质量前提下，通过调节电流控制指令中负序分量的权重，实现并网电流幅值不平衡和瞬时有功波动之间的协调控制。
③.一种运用模型预测控制来控制含分布式电源的配电网电压的方案。首先计算各节点电压灵敏度，然后通过建立各个节点电压的预测模型，达到预测各个节点电压的变化趋势的目的，最后以每个节点的预测电压与额定值之间得偏差最小为控制目标，实现配电网电压稳定。