计及无功充裕性的光伏电站自适应无功电压控制策略研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：
2. 课题研究背景及意义

随着光伏产业的日益发展壮大，光伏发电系统的并网点电压越限问题严重制约了光伏并网。一方面，我国的太阳能资源主要在青海西藏等地区比较丰富，但是当地相对比较薄弱的电网结构使得光伏电站的电压问题比较突出，大型光伏电站由于没有旋转惯量，大规模接入电网容易造成电网失稳；另外一方面，光伏电站的输出功率收到光照、温度等环境因素的制约而相对波动较大，大幅波动的有功出力再加上长距离的输电线路使得母线电压也大幅波动，大幅波动的母线电压反作用于光伏电站，造成光伏电站电压越限，容易引起大规模的电力事故。针对光伏电站并网点的电压越限问题，本文提出一种计及无功充裕性的光伏电站自适应无功电压控制策略，采用无功变下垂控制的思路，同时考虑光伏电站的无功充裕性，在电网无功调节容量不足的时候缩减有功功率来达到增大无功容量稳定电网电压的目的。

1. 研究现状

目前对于光伏电站无功控制的研究主要有恒无功功率Q控制策略、恒功率因数控制策略、基于有功输出的cosphi;(P)控制策略、基于并网点电压幅值的Q(U)控制策略，这四种控制策略由德国电气工程师协会提出，目前也有学者对这些控制策略做出了改进，例如基于Q(U,P)无功功率控制策略，该策略在继承了cosphi;(P)控制策略与Q(U)控制策略优点的同时，可以为每个逆变器提供最优无功功率参考值，改善了光伏电站的无功就地补偿情况。除此之外，文献[2]结合集中控制和分布式控制的各自特点提出了一种新的分布式电压控制策略，在解决电压越限问题的同时，尽可能降低了因参与电压控制而缩减的有功出力的总量。文献[3]基于电压灵敏度理论，虚拟注入有功功率，将有功和无功二维变量一维化，简化了运算关系，并根据运行场景的不同设计了一种多模式的无功控制策略，满足了多种不同的控制目标。文献[4]从光伏蓄电池发电系统运行经济性角度出发，同时考虑并网逆变器的实际情况提出了一种分层、多模式切换的控制策略，实现了并网点功率因数的动态提高的同时将光伏输出功率也最大化了。文献[5]在考虑到光伏利用率的同时，针对中低压配电网电网末端电压抬升的问题，提出了一种有功无功协调控制的控制策略，在维持电压稳定的同时有效的提高了电网的光伏利用率。文献[6]针对大型光伏电站，综合利用SVG、光伏逆变器和电容器组的无功电压协调控制策略。最大限度的发挥了快速动态无功补偿SVG的作用，提高了电网应对电压崩溃的能力。文献[7]针对不平衡配电网中光伏逆变器的电压控制，通过本地控制和中央控制相结合，有效的减少了过程中产生的损耗。文献[8]针对具有高IM负载的住宅DN中的PV渗透率较高时可能发生STVI的情况，分析了CAC、CAP、CPC等三种控制方案。文献[9]分析了一些提高低压电网效率，减少电压上升问题的技术方法例如减少DG单元功率等等。文献[10]讨论并评估了与LV径向网络连接的PV逆变器无功功率参考的集中/分散策略。文献[11]提出了一种用于在具有高PV穿透力的弱配电系统中进行电压调节的实时协调控制策略。

我们注意到，以上研究给出的控制策略虽然多样化，但是在控制削减有功容量以达到无功容量增加的目的时并没有考虑到有功削减量的合理性，没有在保证无功需求的目标前提下尽可能的减少弃光，文献[4]选择将光伏出力较多时的剩余出力利用蓄电池进行储存，并且在夜间释放维持母线直流电压，此法虽然减少了弃光但是蓄电池的成本太高，目前难以大规模的应用。所以，基于以上研究中没有注意到的问题，我们提出一种计及无功充裕性的光伏电站自适应无功电压控制策略：无功容量充裕时，采用无功变下垂控制的思想来协调分配无功容量，同时，考虑到无功充裕性，当无功容量不足时，在无功变下垂的控制思想基础上，缩减相应有功出力以达到增大无功容量的目的。

1. 结论

目前对于光伏电站无功控制策略的研究多元化且针对性强，但是针对光伏逆变器的无功调节大都采用传统的无功下垂控制，在无功容量不足时采用削减有功的方法来增大无功容量，但是这种方法并不能做到无功功率的自适应调节，也很难解释有功削减的合理性，所以针对以上问题提出的新的计及无功充裕性的光伏电站自适应无功电压控制策略是很有必要的。

参考文献：

1. 周林，晁阳，廖波，等．低压网络中并网光伏逆变器调压策略[J]．电网技术，2013，37(9)：2427-2432．
2. 柴园园，郭力，王成山，等．含高渗透率光伏的配电网分布式电压控制[J]．电网技术，2018，42(3)．
3. 蔡永翔，唐巍，张璐，等．基于光伏逆变器无功调节的低压配电网多模式电压控制[J]．电力系统自动化，2017，41(13)：133-141．
4. 肖朝霞，樊世军，杨庆新．基于分层控制策略的光伏-蓄电池系统动态提高并网点功率因数[J]．电工技术学报，2016，31(7)：107-117．
5. 刘嘉彦，李勇，曹一家，等．考虑光伏利用效率的中低压配电网电压抬升抑制方法[J]．电力系统自动化，2018(15)．
6. 刘双，张建周，王汉林，等．考虑多无功源的光伏电站两阶段无功电压协调控制策略[J]．电力系统自动化，2017，41(11)：120-125
7. Weckx S, Gonzalez C, Driesen J. Combined Central and Local Active and Reactive Power Control of PV Inverters. IEEE Transactions on Sustainable Energy 2014; 5(3):776-784.
8. Islam M，Mithulananthan N，Hossain M J．Dynamic voltage support by TL-PV systems to mitigate short-term voltage instability in residential DN[J]．IEEE Transactions on Power Systems，2017，33(4)：4360-4370．
9. Tonkoski，Turcotte D，El-Fouly T H M．Impact of high PV penetration on voltage profiles in residential neighborhoods[J]．IEEE Transactions on Sustainable Energy，2012，3(3)：518-527．
10. Molina-Garcia A，Mastromauro R，Garcia-Sanchez T，et al．Reactive power flow control for PV inverters voltage support in LV distribution networks[J]．IEEE Transactions on Smart Grid，2016，8(1)：447-456．
11. Wang，Licheng，et al．Real-time coordinated voltage control of PV inverters and energy storage for weak networks with high PV penetration[J]．IEEE Transactions on Power Systems，2018，33(3)：3383-3395．
12. Zhang C，Xu Y，Dong Z Y，et al．Three-stage robust inverter-based voltage/var control for distribution networks with high-level PV[J]．IEEE Transactions on Smart Grid，2017
13. 周林，任伟，廖波，等．并网型光伏电站无功电压控制[J]．电工技术学报，2015，30(20)：168-175．
14. Varma RK, Siavashi EM. PV-STATCOM - A New Smart Inverter for Voltage Control in Distribution Systems. IEEE Transactions on Sustainable Energy.
15. Rajiv K. Varma, Senior Member, IEEE, and Ehsan M. Siavashi, Member, IEEE,PV-STATCOM: A New Smart Inverter for Voltage Control in Distribution Systems