提升弱电网光伏渗透极限关键技术研究

随着可再生能源的不断利用，光伏渗透率的逐步提升对弱电网的电能质量和稳定性造成了严重负面影响。针对如何提升弱电网光伏渗透极限的关键问题，本项目从弱电网系统建模及阻抗检测方法、不同光伏渗透率下的弱电网电能质量、弱电网光伏渗透率及渗透极限研究、高渗透率光伏弱电网的鲁棒性与稳定性四个方面开展研究。主要研究成果包括：(1)建立了基于DIgSILENT仿真软件的弱电网模型，该建模方法对含新能源的低压配电网系统建模具有普遍指导意义；(2)提出了基于双谐波注入的弱电网阻抗在线检测方法，解决了常规单谐波电流注入法精度不高且运算复杂的问题；(3)提出了弱电网下光伏并网逆变器改进型电压功率控制方法，提高了弱电网电能质量，并实现了弱电网下光伏并网逆变器的离并网无缝切换，解决了传统控制策略在模式切换时存在较大的电压电流冲击和波形畸变等问题；(4)提出了弱电网下基于无源理论和功率前馈的并网控制方法，提高了系统的动态响应速度和鲁棒性，同时采用复合型虚拟同步机（VSG）控制方法，实现了弱电网的稳定运行；(5)依据弱电网下光伏渗透率计算方法，采用增加储能、无功补偿、PQ-U并网逆变控制方法、优化光伏发电系统在弱电网中的布局和容量，有效提升了光伏发电系统在弱电网中的渗透率。 截至目前，在国内外高水平期刊以及国际学术会议上共发表SCI或EI检索学术论文20篇，授权国家发明专利7项，培养研究生12名，其中博士研究生2名，硕士研究生10名。项目组成员参加相关国际学术会议6次，引进师资博士后1名，公派访问学者1名。 2100433B

偏远地区电网通常呈现弱电网特性，而光伏渗透率的逐步提升对弱电网电能质量和稳定性造成负面影响。针对弱电网研究过程中出现的问题和技术空白，本项目拟从弱电网非线性时变系统线性化和系统建模入手，研究其电气特性变化规律和电网阻抗实时检测方法，分析光伏并网发电系统与弱电网在电能质量和稳定性方面的交互影响及制约关系；从拓扑结构、控制策略和并网导则三方面研究提高光伏并网发电系统和弱电网电能质量的有效方法；以电能质量为约束条件研究弱电网下的光伏渗透率影响因素和光伏渗透极限；从需求侧出发研究弱电网稳态和暂态稳定性，探索系统失稳机理；从提高光伏并网发电系统自身稳定性和弱电网稳定性两方面入手，结合电力弹簧、负载管理策略提出提高弱电网接纳光伏容量能力的有效方法；在此基础上，将弱电网相关控制方法形成理论体系，为推进光伏并网工程建设及电网稳健运行奠定理论基础。

文献 全面研究了光伏逆变系统与所接入电网相互作用的关系，揭示了大容量光伏电站集中接入电网将导致运行品质和控制性能劣化的问题，提出了光伏逆变系统接入弱电网运行可行域的概念和计算方法，从控制器结构和参数两方面研究了扩展光伏逆变系统接入弱电网运行可行域的措施，并得出了以下结论 ：

（1）建立了单级式光伏逆变系统基础数学模型，给出了系统主电路参数和控制设计方法，搭建了基于PSCAD/EMTDC平台的联网光伏逆变仿真系统，为光伏逆变系统接入弱电网运行分析与控制研究提供了有效的研究分析工具。

（2）提出了一种考虑稳定裕量约束的可行域边界分析方法。构建了松弛稳定裕量约束的光伏逆变系统控制器结构和控制器参数的优化调整方法。改善了光伏逆变系统接入弱电网的运行控制性能。

（3）提出了一种改进定压调节性能的光伏逆变系统无功优化控制策略，拓展了满足接入点电压调节约束的运行可行域，改善了光伏逆变系统接入弱电网的电压调节能力，规避了潜在的电压失稳风险。

（4）开发了联网光伏逆变仿真系统，可以仿真各种电网连接条件下光伏逆变系统的运行行为，可用于校验考虑控制器稳定裕量约束和接入点电压调节约束的光伏逆变系统接入弱电网的运行可行域边界，校核控制器结构和控制器参数的优化调整的效果。2100433B

序

前言

第1章　概述

1.1 智能电网的定义和主要特征

1.2 智能电网国内外发展现状

1.3 智能电网关键技术

第2章　新能源发电及储能技术

2.1 新能源发电利用现状

2.2 风力发电关键技术

2.3 光伏发电关键技术

2.4 储能技术

第3章　输电网状态监测技术

3.1 智能电网介绍

3.2 输电线路状态监测关键技术

第4章　变电站设备在线监测技术

4.1 电力设备在线监测技术及发展状况

4.2 变压器在线监测技术

4.3 高压断路器在线监测及故障诊断方法

第5章　智能馈线自动化技术

5.1 馈线自动化技术现状

5.2 就地型馈线自动化

5.3 故障快速定位系统技术

第6章 微网的控制与保护技术

6.1 微网研究现状及关键技术

6.2 微网中的电能质量控制技术

6.3 微网的控制技术

6.4 微网的继电保护

第7章 全维度智能化高级电网调度技术

7.1 电网智能化调度的研究现状

7.2 可视化技术在智能调度中的应用

7.3 云计算在智能调度中的应用

7.4 三维协调的新一代能量管理系统

第8章 电动汽车技术

8.1 电动汽车关键技术概述

8.2 电动汽车蓄电池技术

8.3 电动汽车充电站监控系统

8.4 电动汽车电池更换式充电站关键技术

8.5 V2G技术

8.6 电动汽车充电对电网的影响

第9章 互动式用电技术

9.1 互动式用电概述

9.2 智能电表

9.3 智能交互终端

9.4 智能用电信息管理系统

第10章 配电网智能化通信组网技术

10.1 配电网智能化组网技术背景概述

10.2 配电自动化通信方式

10.3 配电网通信系统结构

10.4 配电网通信组网结构

第11章 资产全寿命周期管理

11.1 电网资产全寿命周期管理概述

11.2 资产全寿命周期管理的管理措施及保障机制

11.3 电网企业资产全寿命周期管理主要模块

参考文献 2100433B

逆变器等效电流源输入配电网的电流，虽然经过LCL滤波器滤波，但仍然含有一定的谐波含量。当逆变器与理想配电网并联运行时，并联连接点的电压由理想电网决定，电流中的谐波分量对电压几乎不会产生影响。但在弱电网条件下，由于电网阻抗的原因，逆变电流源中的谐波分量会流过阻抗，带给系统谐波电压，从而影响公共耦合点电压的总谐波畸变率，加重系统的谐波含量。

文献 分析了在弱电网条件下，电网阻抗以及并联逆变器个数对光伏并网逆变器谐振特性，动态响应，稳定性和谐波电流的影响，根据分析得出结论，电网等效电感值的增加，会降低系统的谐振频率，减慢动态响应速度，影响系统的稳定性；电网等效电阻值的增加对系统谐振频率和动态响应没有影响，但是会影响系统的稳定性；并联逆变器个数不仅降低谐振频率，而且使系统产生额外的谐振尖峰，并且随着个数的增加，动态响应速度变慢，系统变得不稳定。总之，弱电网条件下，微电网并网系统在电网阻抗的影响下性能变差，甚至运行不稳定，并网数量也受到了一定的限制，而且，由于电网阻抗的存在，使注入电网的谐波电流产生了谐波电压，增加公共连接点电压的谐波分量，加重了系统的谐波含量，并使系统的带载能力受到了影响。

文献 将滤波电容支路中串联的电阻，替换成了与电容并联的虚拟电阻，以减少系统的功率损耗，该方法需将电容电流引入到电压调制信号中。并设法增加并网逆变器的等效输出阻抗。通过分析，得到了逆变器的等效输出阻抗，再利用并联虚拟电阻的方法，对输出阻抗进行了校正，使其增大，提高LCL型逆变器对弱电网的适应能力。仿真实验验证了理论的正确性，不加虚拟电阻的情况下，电网阻抗大到一定范围后，微电网并网逆变器系统不稳定，并联虚拟电阻的情况下，电网阻抗大到一定范围后，微电网并网逆变器系统不稳定，并联虚拟阻抗后，系统运行稳定。