3.2 基于有功的电压控制方法
3.2.1 光伏并网有功削减
在r显著大于x的低压配网中,削减户用光伏并网功率是一种非常简单有效的抑制网络过电压的方法,并且可以有助于降低过电压情形下线路中的有功流动,从而降低网络损耗。图2为一种常用的光伏有功削减曲线,其中,PPV为光伏并网有功,若并网节点的电压低于允许电压上限Vth-OV时,光伏发电按照最大功率点跟踪(maximum power point tracking,MPPT)功率并网;若并网节点的电压超过允许电压上限时,光伏发电不再按照MPPT功率并网,而按照预定的电压-有功曲线切除光伏并网有功。多数研究均以此为基础提出控制策略[37-39],但是仅仅以防止各节点电压不越限为目标,不考虑各节点削减量协调,在执行削减和赔偿时很难兼顾公平,也很难解释功率削减的合理性。文献[22]以电压灵敏度分析为基础,结合低压配电网的辐射状特性,对不同节点电压控制曲线参数进行统一协调设计,协调目标是确保电压有效控制及每个节点光伏功率削减的均等性,使得削减和赔偿方案更加容易执行。然而,通过削减光伏并网有功进行电压控制的策略以减少清洁能源发电为代价,实质上没有提高低压配电网对光伏发电的消纳能力,在夜间也无法对网络提供电压支撑。
图2 电压-有功控制曲线
3.2.2 分布式储能有功调节
相比于光伏并网有功,分布式储能则具有更好的功率和电压调节特性,具备吸收和发出有功的能力,可以实现对节点净功率的削峰填谷和电压调节,有助于实现电能的本地化利用,同样能一定程度降低网络损耗[40]。
从控制的角度上看,控制策略不仅需要考虑储能的功率输出,还需要充分考虑储能本身荷电状态(state of ge,SOC)的控制。在中压配电网中比较理想的解决方案是动态最优潮流[41],但是对网络的通信情况和控制器的解算能力提出了较高的要求,这在低压配电网中是难以实现的。
在无通信的低压配电网中,文献[42]建立了基于模糊逻辑的储能控制模型,将本地节点电压偏移量和储能SOC同时作为控制输入量,可以兼顾对节点电压和储能SOC的控制。也有一些研究仅将储能设备用于调节网络电压波动[43]和网络三相不平衡[44-45],这些应用对储能的容量要求不高,因而储能SOC的控制相对容易。
在具备弱通信能力的低压配网中,为了实现并网功率和储能SOC的有效控制,一些文献提出了改进的储能控制策略,包括“分布式+就地”[36, 46]以及“集中+就地”[47-48]的多阶段控制策略：首先,在分布式或者集中控制阶段选择参与控制的储能设备并且给定参考输出有功;然后,储能在就地控制阶段根据自身的SOC情况进一步调整功率输出;最后,通过分布式(集中)阶段和就地阶段之间的不断迭代和调整直到达到电压控制目标。
尽管储能具备多种优点并且更多控制策略也不断涌现,但是当前储能的投资和维护费用较高,使用寿命较短。文献[49-50]均指出推动储能的应用还需要在电力市场中建立合理的辅助服务机制,以促进储能设备更加高效和经济的使用。
3.3 基于无功的电压控制方法
在线路r和x数值相当的低压配电网中,光伏逆变器的无功控制是一种有效的电压调节手段,相比于控制光伏有功、分布式储能有功以及分接头设备等,该方案控制经济性最优[9, 13, 33]。
低压配电网无功控制以就地为主,主流的策略可以分为3种[9, 13]：cosφ(PPV)控制(以光伏并网有功PPV为控制输入量,调节逆变器无功以控制光伏逆变器的并网功率因数cosφ)、QPV(V)控制(以光伏并网点电压V作为控制输入量实现逆变器无功QPV调节)和QPV(PPV)控制(以光伏并网有功作为控制输入量实现逆变器无功调节)。
图3 逆变器的有功和无功容量曲线
1)基于cosφ(PPV)控制的逆变器无功调节。
cosφ(PPV)控制是一种常规的无功控制方法,旨在限制网络电压的上升和线路中过多的无功流动,德国光伏并网标准委员会给出了分布式光伏并网的指导性控制曲线[52],如图4所示。当光伏并网功率超过额定有功的50%时,光伏逆变器吸收无功以避免网络电压的进一步升高,同时应保证光伏并网点的功率因数维持在±0.95的范围内。我国的光伏电站并网标准也有类似的规定,需要将光伏并网点的功率因数维持在±0.95的范围内[53]。这种控制方式在光伏并网比例不高时能起到很好的效果,然而在含高比例户用光伏的低压配电网中,严格限制光伏的并网功率因数不利于充分发挥逆变器的无功调节能力。文献[13]指出强光照轻负荷的情况下,网络中会出现非常严重的过电压风险,如果严格限制光伏并网的功率因数,则可能无法动用全部的无功控制容量,从而导致严重的过电压风险。类似地,文献[54]指出在夜间无光照重负荷的情况下,如果严格限制光伏并网的功率因数则光伏并网无功只能设置为零,无法对网络提供电压支撑,从而导致网络面临欠电压风险。文献[10,54]均指出在强光照高负荷的情况下,一些固定光伏并网功率因数的控制方式反而会增加网络损耗,造成网络功率因数的劣化。
图4 cosφ(PPV)控制曲线
