【无功优化】考虑泄流效应的光伏并网点电压系统侧无功优化附Matlab代码

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🔥 内容介绍

随着全球对可再生能源的需求日益增长，光伏（PV）发电作为一种清洁、可持续的能源形式，得到了广泛的应用和发展。然而，大规模光伏接入电网也带来了一系列挑战，其中之一便是对电网电压稳定性的影响。光伏电源的间歇性和波动性会导致电网电压的频繁波动，尤其是在光伏并网点附近，可能超出允许的电压范围。为了保证电网的安全稳定运行，对光伏并网点的电压进行有效控制至关重要。而无功优化作为一种经济有效的电压控制手段，受到了越来越多的关注。

本文将重点探讨考虑泄流效应的光伏并网点电压系统侧无功优化问题。泄流效应是指当系统电压高于额定值时，线路电容性电流增加，从而导致无功功率由线路流向并网点，进一步推高并网点电压的现象。这种效应在光伏渗透率较高的情况下尤为显著，可能导致过度电压问题。因此，在进行无功优化时，必须充分考虑泄流效应的影响，才能制定更有效、更精确的无功补偿策略。

一、光伏并网对电网电压的影响及无功优化的必要性

光伏并网对电网电压的影响主要体现在以下几个方面：

• 电压抬升:

   光伏发电的输出功率具有随机性和间歇性，当光伏发电量大幅增加时，会导致并网点电压抬升，尤其是在电网负荷较低的时期，这种现象更为明显。

• 电压波动:

   光伏发电的间歇性还会导致并网点电压的频繁波动，影响电能质量和电力设备的正常运行。

• 电压越限:

   在光伏渗透率较高的情况下，电压抬升和波动可能超出电网允许的电压范围，严重威胁电网的安全稳定运行。

为了解决上述问题，无功优化被广泛应用于光伏并网点电压控制。无功优化是指通过调整电网中无功功率的分布，来改善电压分布，降低线路损耗，提高电能质量。在光伏并网点，无功优化可以有效地抑制电压抬升和波动，保证电压在可接受的范围内。

二、泄流效应及其对无功优化的影响

泄流效应是高压电网中一种常见的现象，尤其是在线路较长且电压等级较高的情况下更为显著。其本质是线路的电容性电流与电压之间的关系。当线路电压升高时，电容性电流会相应增加，从而导致无功功率由线路流向节点，进而推高节点电压。

在光伏并网点，泄流效应的影响主要体现在：

• 电压抬升加剧:

   当光伏出力较高时，本身就会导致并网点电压抬升。而泄流效应会进一步增加注入并网点的无功功率，加剧电压抬升，使其更容易超出允许范围。

• 无功补偿策略调整:

   传统的无功优化策略往往侧重于提供感性无功来平衡线路电容，降低电压。然而，在考虑泄流效应的情况下，可能需要调整策略，采用更精确的无功补偿方案，例如在特定时刻降低感性无功输出，甚至提供容性无功来降低电压。

• 预测和控制难度增加:

   泄流效应受到线路参数、电压等级、负荷水平等多种因素的影响，使其预测和控制具有一定的难度。在进行无功优化时，必须建立准确的电网模型，考虑泄流效应的影响，才能制定更可靠的控制策略。

三、考虑泄流效应的光伏并网点系统侧无功优化策略

针对考虑泄流效应的光伏并网点电压控制问题，可以从以下几个方面入手，制定相应的无功优化策略：

• 准确建模与预测:

   首先，需要建立准确的电网模型，包括线路参数、变压器参数、负荷模型等。此外，还需要对光伏出力和负荷进行精确预测，为无功优化提供基础数据。在模型中，必须充分考虑泄流效应的影响，例如采用线路的π型等效电路，精确计算线路电容性电流。

• 优化目标函数构建:

   在构建无功优化目标函数时，不仅要考虑电压偏差最小化、网损最小化等常规目标，还需要加入与电压稳定性相关的目标，例如电压稳定裕度最大化等。可以采用多目标优化方法，平衡不同目标之间的关系。同时，可以在目标函数中加入针对泄流效应的惩罚项，约束电压的过度抬升。

• 优化算法选择:

   可以选择合适的优化算法来求解无功优化问题。常用的算法包括遗传算法、粒子群算法、模拟退火算法等。针对光伏出力和负荷的波动性，可以采用自适应算法，根据电网运行状态实时调整无功补偿策略。此外，也可以采用预测控制方法，基于未来一段时间内的光伏出力和负荷预测，提前进行无功优化，提高控制效果。

• 无功补偿装置的合理配置:

   根据电网的实际情况，合理配置无功补偿装置，例如静止无功补偿器（SVC）、晶闸管控制电抗器（TCR）、并联电容器等。这些装置可以灵活地提供或吸收无功功率，实现电压的精确控制。在配置无功补偿装置时，需要考虑装置的容量、响应速度、安装位置等因素，并进行经济性分析。

• 协同控制策略:

   可以采用系统侧和光伏侧协同控制的策略。系统侧负责整体电压的稳定，通过调整变压器分接头、控制无功补偿装置等手段来维持电压在合理范围内。光伏侧可以通过逆变器的无功功率控制功能，参与电压的调节。这种协同控制策略可以充分利用电网和光伏发电资源的优势，提高电压控制效果。

• 在线监测与实时控制:

   建立完善的在线监测系统，实时监测电网的电压、电流、无功功率等参数。基于在线监测数据，采用实时控制策略，根据电网的运行状态动态调整无功补偿量。可以采用基于规则的控制策略，也可以采用基于模型的预测控制策略。

四、案例分析与仿真验证

为了验证上述考虑泄流效应的无功优化策略的有效性，可以选取一个实际的光伏并网电网进行案例分析和仿真验证。建立详细的电网模型，包括线路参数、变压器参数、光伏发电模型、负荷模型等。模拟不同工况下的电网运行状态，例如光伏出力高峰期、负荷低谷期等。

通过仿真分析，可以比较采用不同无功优化策略后的电压分布情况，验证考虑泄流效应的无功优化策略在抑制电压抬升、降低电压波动、提高电压稳定裕度等方面的优势。可以进一步分析不同无功补偿装置的配置方案对电压控制效果的影响，为实际工程应用提供参考。

五、结论与展望

本文探讨了考虑泄流效应的光伏并网点电压系统侧无功优化问题，分析了泄流效应的成因及其对光伏并网点电压的影响，提出了相应的无功优化策略。研究结果表明，在进行光伏并网点电压控制时，必须充分考虑泄流效应的影响，才能制定更有效、更精确的无功补偿策略。

未来，随着光伏渗透率的进一步提高，光伏并网点电压控制问题将变得更加复杂和严峻。需要进一步研究以下几个方面的问题：

• 高比例新能源接入下，更加复杂的泄流效应建模与分析:

   在高比例新能源接入的电网中，泄流效应的影响更加复杂，需要建立更加精细的模型进行分析。

• 基于人工智能的无功优化算法:

   利用人工智能技术，例如深度学习、强化学习等，开发更高效、更智能的无功优化算法，实现电网的自适应控制。

• 考虑多种约束条件的协同优化:

   将电压控制、电能质量改善、网损降低等多种目标进行协同优化，实现电网的综合效益最大化。

• 新型无功补偿装置的应用:

   研究和应用新型无功补偿装置，例如柔性交流输电系统（FACTS）设备、储能系统等，提高电压控制的灵活性和可靠性。

⛳️ 运行结果

🔗 参考文献

[1] 史浩宇,彭显刚.基于改进PSO算法的风电并网系统电压无功优化研究[J].广东电力, 2014, 27(2):6.DOI:10.3969/j.issn.1007-290X.2014.02.004.

[2] 吴振.含高比例分布式光伏配电网的电压控制策略研究[D].东南大学,2023.

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