摘要：本文介绍了主动配电网（ADN）背景下分布式电源（DG）接入对配电网电压分布和电压稳定性影响，从电网结构优化调压措施、电网设备的调压措施、电力系统无功优化调度调压措施等方面阐述了ADN无功电压控制方法。基于当前研究现状，总结了现有关于ADN无功电压控制研究存在的不足，并指出了在未来PTA待解决的几个问题。

    0 引言
    目前，全球的能源危机和环境问题变得越来越突出，各国都将其列入国家的重大战略问题。就我国而言，传统的化石能源使用率占所有一次能源的使用量70%以上，而传统的化石能源是不可再生能源，其未来将不可避免地逐渐枯竭，此外化石能源的使用还会产生“温室效应”、“酸雨”、“雾霆”等严重的环境问题。因此寻找新型能源辅助甚至取代传统化石能源成为当前能源问题解决的突破口。由此而诞生出了分布式电源（DG）技术，其将成为清洁能源利用的主要形式和智能电网发展的重要方向。大规模DG接入配电网，提高了清洁能源的比重，减少了温室气体的排放，但其固有的间歇性、波动性和不确定性将影响配电网的运行，带来包括电能质量、电压控制、稳定性及充裕度等问题圈。
    当前面临负荷不断地增长、配电网发展空间限制、电网规模较难扩展等一系列问题，为适应高度渗透率、大规模分布式电源的接入，国内外学者正积极开展智能电网背景下的具有一定调节能力的主动配电网（ADN）技术研究。国际大电网会议对于ADN的定义可以简单理解为：ADN是一个内部具有分布式能源，具有主动控制和运行能力的配电网。具体而言，ADN是通过结合先进信息通信、电力电子及智能控制等技术，使得配电网具有一定比例分布式电源，网络拓扑可灵活调节，具有较为完善的可观性、能够实现协调优化管理等功能。
    在无功电压控制方面，ADN通过跨电压等级的无功电压控制，在满足电力用户负荷需求的条件下，主动地对并网DG、储能、有载调压变压器、无功补偿等设备的运行进行优化与控制，从而达到灵活控制系统供电电压，改善无功电压运行水平，降低设备的电能损耗的目的。因此，深入开展DG的无功控制对配电网和DG规划的影响机理及适应性的无功电压控制策略研究，实现无功电压的主动控制，对于更好地接纳DG，充分发挥DG的积极作用并抑制其负面影响，具有十分重要的意义。

    1  DG对配电网无功电压特性的影响
    DG按照其一次能源的来源可以分为两类：一类是基于可再生能源的分布式电源，另一类则是基于化石燃料的分布式电源。其中后者的稳定性和可控性比较好，而前者（特别是风电和光伏）输出稳定性和可控性比较差叫。以风电、光伏为代表的DG接入不仅改变了传统配电网能量单向流通的特性，更因其通过电力电子变换器的连接，使得配电网的无功电压特性无论是稳态还是暂态都带来显著的变化，进而对配电网的无功电压控制带来很大的挑战。
    尽管DG有着众多的优势和巨大的经济效益，然而目前对DG的运行机理以及并网后对配电网无功电压的影响都缺少透彻的研究。电压是电力系统衡量电能质量和检验系统安全性的重要指标。当DG启停或者出力变化时，常常会造成系统电压波动。DG接入配电网改变系统潮流分布，对配电网静态电压稳定性产生影响，国内外学者对此进行了大量研究。主要结论如下：
    （1）一般而言，小规模DG的接入对配电网的无功电压特性只有局部影响，而高渗透率DG的接入却会影响配电网全局的无功电压特性。
    （2） DG接入通常会提升配电网电压水平，但也因此可能会引起配电网电压越上限；当DG与邻近负荷协调运行时将抑制电压的波动，反之则将加剧系统的电压波动。
    （3） DG对配电网电压分布的影响程度与其出力、接入位置、接入模式、功率因数相关联。DG出力越大对系统电压的支撑越明显，其接入点越接近末端节点则对线路电压分布的影响也越大滞后功率因数对电压的提升明显。在相同渗透率下，DG分散接入比集中接入对电压的支撑更强。
    （4） D G与配电网的接口形式不同，对配电系统电压稳定的影响程度也不同。在相同的渗透率下，旋转型DG并网比逆变型DG并网对节点的电压影响要大。
    认为配电系统电压的稳定性不仅取决于系统本身的构架，DG的接入位置、出力，甚至是风机的电气参数和机械构造都会对配电网静态电压稳定性产生影响。合理的储能配置和控制策略将有助于增强对配电网的静态电压支持能力。
    总体上，现有文献多数是基于潮流仿真恒功率模型来分析DG对配电网电压幅值的影响，工具包含Power Factory等，往往采用IEEE标准算例来做，不完全符合我国配电网的实际情况，也未能从配电网无功产生和消耗及配电网电压损耗的机理上进行分析。
    事实上，配电网中由于电阻、电抗大小相接近，传输的有功功率和无功功率变化都会对电压损耗产生很大影响，而潮流的快速波动，使线路上的无功损耗也在快速波动，又引起了电压损耗的相应变化；而且，不同类型的DG其无功特性各有差别，有些是发出有功的同时消耗无功，有的则是产生无功，有的无功在一定范围中可控，有的按恒功率因数变化，等等。不同DG的无功特性对配电网的无功电压特性也相应不同，因此，要解决配电网的无功电压控制问题，必须先深入剖析不同类型的DG在不同渗透率、不同无功控制特性等条件下对配电网无功特性的影响机理，进而分析电压特性的相应变化。

    2 主动配电网无功电压控制
    当配电网中DG容量有限时，对系统电压水平改善有限，且部分DG只消耗而不提供无功，使无功缺额加剧，电压偏低；当DG容量大、布点多时，则也可能因倒送的有功、无功太大而导致系统无功过剩、电压偏高。为保持系统电压水平和无功平衡仍有赖于无功补偿或者储能，而如何针对不同的分布式电源并网情况制定出合理的无功补偿策略使得配电网中的电压和无功功率得到合理控制和优化已成为目前研究的热点问题。DG接入使配电网中不确定因素增多，相比负荷波动，风电、光伏的出力变化更加频繁而剧烈，因此使得含有大规模、高渗透率DG接入的ADN的无功电压控制问题变得更为复杂。
    目前的研究中，对主动配电网的无功电压控制的方法主要有以下三类：（1）基于电网结构优化的调压措施；（2）基于电网设备的调压措施；（3）基于电力系统无功优化调度的调压措施。
    2.1基于电网结构优化的调压措施
    分析了“挂灯笼”就地上网接线如图1所示和“3-3”组团上网接线如图2所示。两种分布式小水电上网接线方式对配电网无功电压分布的影响，通过比较分析组团接线不仅可以改善配电网在各种运行方式下的电压质量，而且还比专线上网具有更好的经济性。

    此外，配电线路长度、供电半径、导线截面、负荷峰谷差、无功补偿度、变电站布点、网架结构等方面的改造，也会有利于电压质量的改善。因此必须通过含DG的配电网重构进行网架结构的优化。
    对于ADN背景下接入的多种DG，利用不同类型的DG（包含光伏、风电、微型燃气轮机等）的功率特性和无功电压控制特性上的差异和一定的互补性能（例如风光之间的互补或者储能对风／光的柔化），实现不同类型的DG在配电网中的协调互补规划，减少配电网的无功电压波动和潮流波动，提高多种DG在配电网中的渗透率，改善配电网运行的稳定性、可靠性和经济性。
    2.2基于电网设备的调压措施
    基于电网设备的调压手段主要有：加装分布式储能装置、调节变压器分接头、分布式发电机组进相调压、线路电压调节器等。
    2.2. 1加装分布式储能装置
    储能装置已被视为电网运行过程中“采－发－输－配－用－储”六大环节中的重要组成部分。储能技术是解决可再生能源随机性、波动性的有效途径，有利于可再生能源平滑输出，改善可再生能源引起的电网电压、频率及相位变化，并缓解电网调峰压力。此外，在电网发生故障或DG带负荷形成孤岛期间，储能系统能够为DG提供必要的无功支撑作为DG无功调节的辅助控制，使DG接入端端电压处于合理的运行水平。
      目前应用到DG的储能方式有：以超级电容器、蓄电池储能为代表的电化学储能；以飞轮储能为代表的物理储能；以超导电磁储能为代表的电磁储能三大类。超级电容器储能容量大，投资少，技术成熟；蓄电池储能容量大，能量密度高，两者均能制成容量很大的储能系统，但与飞轮和超导储能相比，响应时间较长。飞轮和超导储能具有能量密度高、寿命长、效率高、响应快的优点，技术上可做成很大容量。
    相关文献根据各种储能方式的特点和应用场合，将上述储能技术应用到含有DG的配电网中。储能系统模型，指出在光伏发电系统受到光照及负载变化时，储能系统能够有效稳定光伏系统输出电压。利用飞轮储能装置充当孤岛型风力发电系统的电能调节器和储存器，有效地改善了电能质量。为了充分发挥各种储能技术的优点，使其优势互补，相关学者对复合储能系统进行了研究。结合超导储能装置和蓄电池储的优点构成复合储能系统抑制分布式电源产生的功率波动，能改善分布式发电系统的电能质量，提高并网稳定性。

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