基于潮流变向点的配电网低压分布式光伏无功影响及优化.pdf

SHANDONG ELECTRIC POWER山东电力技术第50卷（总第309期）2023年第8期0引言随着配电自动化及分布式电源的推广，配电网由被动系统向主动配电网的方向发展1，且分布式电源的渗透率逐步升高。这使配电网须具备可靠性、高主动性及自动化的特点。相比于传统配电网，主动配电网加强对配电网分布式电源的主动控制和主动管理，如利用分布式电源供电增加配电网供电的可靠性、利用孤岛运行技术减少负荷停电、利用需求侧响应机制增大负荷恢复比例等2。1954 年，贝尔实验室首次研发出单晶硅光伏电池，开创光伏发DOI：10.20097/ki.issn1007-9904.2023.08.002基于潮流变向点的配电网低压分布式光伏无功影响及优化袁林涛1，2，孙媛媛1，刘振1，邵长峰2，刘宝娟2（1.山东大学电气工程学院，山东济南250012；2.国网山东省电力公司枣庄供电公司，山东枣庄277000）摘要：高比例分布式电源的接入导致配电网出现电压波动、谐波增多、功率因数下降等问题，严重影响配电网的供电质量。传统的治理方法易出现投切过补、不投欠补的情况，在实际配电网中应用效果不理想。为解决上述问题，以山东某地级市实际配电网分布式光伏的运行数据为基础，对主动配电网低压分布式光伏的无功影响情况、原因与提升措施进行实质性研究。首先根据配电网的实际运行状况，提出变压器潮流阶段性变向的概念，并在此基础上，利用大量运行数据研究公用变压器分布式光伏的接入对功率因数的影响情况，然后通过向量法深入分析公用变压器接入光伏后功率因数降低的原因，提出基于配变智能融合终端的变压器精细化无功补偿方案。最后通过工程改造实例，能够有效提高公用变压器在光伏接入情况下的功率因数，证明本文提出方法与研究成果的正确性、有效性。关键词：分布式光伏；功率因数；潮流变向；无功精细补偿中图分类号：TM726.2文献标识码：A文章编号：1007-9904（2023）08-0011-09Influence and Optimization of Low-voltage DistributedPhotovoltaic Reactive Power in Active Distribution Network Basedon the Power Flow Reverse PointYUAN Lintao1，2，SUN Yuanyuan1，LIU Zhen1，SHAO Changfeng2，LIU Baojuan2（1.School of Electrical Engineering，Shandong University，Jinan 250012，China；2.State Grid Zaozhuang Power Supply Company，Zaozhuang 277000，China）Abstract：The access of high proportion distributed power sources leads to problems such as voltage fluctuations，increasedharmonics，and decreased power factors in the distribution network，which seriously affects the power supply quality.Thetraditional governance method is prone to over compensation for switching and under compensation for non-investment，and theactual application effect is not ideal.In order to solve the above problems，based on the operation data of distributed photovoltaicin the actual distribution network of a prefecture-level city in Shandong，substantive research were conducted on the reactivepower impact，causes and improvement measures of low-voltage distributed photovoltaic in active distribution networks.Firstly，according to the actual operation status of the distribution network，the concept of phase change of transformer power flow wasproposed，and a large amount of operating data was used to study the influence of the access of public transformer distributedphotovoltaic on the power factor.Then，the reasons for the reduction of power factor after the public transformer is connected tophotovoltaic were analyzed through the vector method，and a refinement reactive power compensation scheme for transformersbased on intelligent fusion terminals of distribution transformers was proposed.Finally，through the example of engineeringtransformation，the power factor of the public transformer in the case of photovoltaic access was effectively improved，which provesthe correctness and effectiveness of the method and research results proposed.Keywords：distributed photovoltaic；power factor；power flow reverse；refinement reactive power compensation11山东电力技术第50卷（总第309期）2023年第8期电的新纪元。此后，光伏发电技术迅速发展成熟，分布式光伏发电作为一项新兴产业在全世界得到推广，光伏发电特性被深入研究3-4。作为目前配电网中分布式电源的重要组成部分，大量低压分布式光伏通过光伏逆变设备与公用变压器接入电网，这带来一系列电能质量问题，如电压升高及波动、电流谐波越限、功率因数降低等。这些问题对公用变压器电网的安全运行产生影响，也给普通居民及工商业公户带来不良的用电体验。分布式光伏的电能质量问题是历来国内外学者研究的热点。20 世纪 90 年代，国外专家 Schwartz 开始对光伏发电特性进行深入研究5；以 Mesemanolis为首的学者以接入点电压视角对光伏并网后的配电网受不同光照、温度条件下的电压暂态稳定性问题进行深入研究6；文献 7 提出一种基于数据包络分析的分布式光伏电能质量综合评估方法，有效地评估分布式光伏接入对电网的电压偏差、电压波动、谐波及三相不平衡度的影响。分布式光伏的电能提升研究成果及产品应用也较为成熟，但主要针对光伏发电设备本身输出的电能质量进行优化，对接入的配电网电能质量情况未做深入研究，而分布式光伏功率的变化会造成配电网的电能质量及功率因数发生较大改变。因此，文献 8 对可再生能源丰富的电网中无功功率管理进行全面的文献综述，总结不同电网规范中针对可再生能源发电（Renewable EnergyGeneration，REG）的无功功率规定，以充分评估其对未来网络的要求，并为电力行业、政策制定者和学术研究人员提供无功管理的重要参考与技术建议。Samadi 等学者利用电压灵敏度矩阵和准静态分析来开发沿馈线的单个光伏系统的有功及无功协调特性来进行无功优化研究9。在算法方面，Moondee 等学者提出使用粒子群优化、模拟退火或人工鱼群法融合等算法，得到一系列含分布式光伏的配电网模型无功功率优化方法10-14。Safayet 等学者在静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）、静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）等装置无功补偿的基础上，提出外点罚函数、逆系统比例积分控制及蒙特卡罗模拟等改进方法，为后续无功优化提供精确的信息，进而求出无功最优解15-17。文献 18 以电压偏差最小、电网运行经济效益最大化为目标，建立基于离散概率模型的分布式电源配电网多目标无功补偿优化配置模型。文献 19 提出分散无功补偿配置鲁棒优化方法，在考虑光伏出力随机波动和负荷预测误差的基础上对无功的优化具有一定的优势。文献 20 对灵敏度指标进行深入研究，确定该指标作为分布式电源候选节点的依据，进而提出一种基于机会约束规划的自适应混合智能算法，对所建立的优化配置模型进行求解。以上研究通过改进含分布式光伏的配电网模型及优化算法进行配电网功率因数提升，但目前大多仍处于理论研究方面，且由于配电网点多面广，需要大量投资改造资金，实际工程实施难度较大。立足实际，以山东某地级市实际配电网分布式光伏运行数据为基础，对主动配电网低压分布式光伏无功影响情况、原因进行研究并提出提升措施。首先根据配电网实际运行状况，对配电网系统进行大量数据提取、分析，并以此为基础提出变压器潮流变向点（阶段）概念，研究变压器潮流变向点与气象及光伏接入比例影响关系，为后面无功优化研究奠定基础，然后基于变压器潮流变向点（阶段）概念，探究分布式光伏对公用变压器无功功率影响情况，并通过向量法深入分析导致公用变压器接入分布式光伏后功率因数降低的原因，接着提出基于供电服务指挥系统配变智能融合终端的变压器精细化无功补偿方案，最后通过工程改造实例，证明研究方法及成果正确性、有效性。1分布式光伏发电功率影响因素影响光伏发电的因素较多，如日照强度、温度和相对湿度等，因此光伏发电输出功率存在较大的波动性和不确定性。以山东某地级市实际配电网为例，仅考虑 220 V 与 380 V 并网的分布式光伏用户，共有 3 048 户，装机总容量为 61.74 MW，涉及公用变压器 647 台，且每台分布式光伏系统均通过逆变器接入公用变压器进行上网。其中全额上网客户数量为 2 968 户，总容量为 60.06 MW，自发自用余电上网用户 80 户，总容量为 1.68 MW。其中，以 220 V 电压并网的用户有 250 户，总容量为 1.54 MW；380 V 电压并网的用户有 2 799 户，总容量为 60.20 MW。光伏发电输出功率为Pg=Pgi（1）式中：Pgi为第 i 个光伏发电用户当前时刻发电功率，12其数据可通过国家电网有限公司用电信息采集系统用户电表与智能采集终端获取；Pg为该地区光伏总发电功率，通过对 3 048 户低压光伏用户某时刻发电功率进行总加得到。以该地区配电网为例，选取 2021 年部分日期分布式光伏发电功率及气象历史数据进行分析。所需光伏功率数据主要来源于国家电网有限公司用电信息采集系统，通过分布式光伏用户电表及智能采集终端采集数据。所需要的气象数据主要来源于小麦芽农业大数据气象数据系统，通过气象站点终端采集数据。1.1日照强度选取该地区 2021 年 11 月 9 日、11 月 15 日两天气象数据以及 3 048 户低压光伏发电测量数据，绘制光伏发电功率与日照强度关系曲线，如图 1 所示。（a）11月9日（b）11月15日图1光伏发电功率和辐射强度关系Fig.1 The relationship between photovoltaic powergeneration power and radiation intensity由图 1 可看出，光伏发电输出功率与日照强度曲线变化趋势的吻合程度很高，二者的变化趋势呈正相关，即太阳能辐射强度越高，光伏输出功率越大。此外，根据11月15日光伏发电功率曲线可知，在气象变化较为频繁情况下如多云天气，光伏发电输出功率的波动性更大，电力负荷精度预测和调度运行更困难。1.2温度大气温度的升高与降低会影响光伏面板的温度，从而对光伏发电输出功率造成影响。一般来说，光伏发电功率随温度的变化具有一个临界值，在该临界值之内，温度越高，光伏发电功率越大，超过临界值后，光伏发电功率下降。按照日照强度相似、相对湿度相似、温度不同 3个标准选取该地区 2021 年 1 月 1 日至 12 月 31 日符合标准的气象数据，对比不同温度下光伏发电功率特点。在此基础上，选取日照强度为 590610 W/m2、相对湿度为 55%65%的 50天，绘制整点时刻光伏发电功率与温度散点图，并拟合光伏发电功率和温度的关系曲线，温度分布在 535 之间，如图 2所示。图2光伏发电功率和温度关系Fig.2 The relationship between photovoltaic power andtemperature由图 2 可知，在日照强度、相对湿度相似情况下，随着温度升高，光伏发电功率整体升高，气温达到 2325 时，光伏发电功率达到峰值，当超过该温度时，光伏发电功率又呈现下降趋势，即温度相对于光伏发电功率，具有一个临界值。由图 2 还可以看出，温度对光伏发电功率的影响效果并不如日照强度对光伏发电功率的影响显著，主要表现为光伏发电功率与气温散点图分布较为分散，没有非常高的相关度，这是因为温度只间接影响光伏板光电转换效率，而日照强度直接影响发电功率。1.3相对湿度空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值，为空气的相对湿度。相对湿度与光伏发电系统的输出功率呈负相关性，主要原因是当相对湿度增大时，大气中的气溶胶会在其影袁林涛，等：基于潮流变向点的配电网低压分布式光伏无功影响及优化13山东电力技术第50卷（总第309期）2023年第8期响下凝结，凝结后的气溶胶尺度会增大，从而增强对太阳辐射的吸收、折射和反射，使光伏面板所吸收的太阳辐射总量降低，系统的输出功率减少。按照日照强度相似、温度相似、相对湿度不同 3个标准选取该地区 2021 年 1 月 1 日至 12 月 31 日符合标准的气象数据，对比不同空气湿度下光伏发电功率特点。选取日照强度 590610 W/m2、温度 2030 的 50 天，绘制其整点时刻光伏发电功率与相对湿度散点图，并拟合光伏发电功率和相对湿度关系曲线，可知相对湿度分布在 30%85%之间，如图 3 所示。图3光伏发电功率和相对湿度关系Fig.3 The relationship between photovoltaic powergeneration power and relative humidity由图 3 可知，在日照强度、温度相似情况下，相对湿度越大，光伏输出功率越低，但相对湿度对光伏发电功率的影响同样不如日照强度的影响显著，主要表现为光伏发电功率与相对湿度散点图分布较为分散，没有达到非常高的相关度，这是因为相对湿度间接影响光伏板表面的日照强度，而日照强度直接影响发电功率。综上所述，光伏发电功率受日照强度影响最大，其次还受环境温度、相对湿度影响，分布式光伏电源这一特性是下一步光伏无功提升研究的重要基础。2变压器潮流阶段性变向及影响因素2.1变压器潮流阶段性变向当公用变压器接入大量分布式光伏时，变压器负荷无法消纳白天日照充足情况下的光伏输出功率，出现光伏潮流通过低压电网及变压器反送至 10 kV电网的情况。规定参考方向为变压器潮流从高压侧流向低压侧，并将变压器潮流由正变负或者由负变正的时刻定义为潮流变向点，出现潮流变向点的过程定义为潮流阶段性变向。变压器一旦发生潮流反送，则会出现至少两个潮流变向点，即变压器潮流由正转负点和由负转正点。当光伏输出功率波动较大时，光伏潮流阶段性变向时可能会反复出现多个潮流变向点。公用潮流变向点受两个因素影响，一是所接带分布式光伏容量，二是日照强度或光伏输出效率。其他条件相同，日照强度先增后减的情况下，变压器接带光伏容量越大，相邻两个潮流变向点的时间距离越大，即出现潮流返送的时间越早，反之则越晚；变压器接带光伏容量确定情况下，气象条件越好或光伏输出效率越高，相邻两个潮流变向点的时间距离越大，即出现潮流返送的时间越早，反之则越晚。2.2与光伏接入容量关系根据分布式光伏接入变压器的台账，依次计算该地区647台接带分布式光伏的公用变压器光伏容量与自身容量之比，即光伏接入比例。将其按照（0，5%、（5%，10%、（135%，140%依次划分为 28个区段，并求取各区段的平均值。选取上述647台公用变压器2021 年 11 月 22 日（日照状况较好）的光伏潮流变向点数据，并求取每个区段的平均变向点（未发生潮流变向的不做统计）。根据平均光伏接入比例与变压器潮流平均变向点数据，以该日各变压器发生的第一个潮流变向点为例，绘制相应散点图，并拟合变压器潮流变向点与光伏接入容量关系曲线，如图 4所示。图4变压器潮流变向点与光伏接入容量关系Fig.4 The relationship between transformer power flowchange point and photovoltaic access capacity图 4 中 拟 合 曲 线 与 实 际 数 据 的 相 关 系 数为-0.942 3，呈高度线性相关。即在相同气象状况条件下，随着日照强度的增加，公用变压器出现潮流变向点的概率增大；其接带光伏容量越大，出现潮流变14向点的时间越早。当其接带光伏容量比例超过变压器自身容量的 70%时，在光伏并网时会出现潮流返送现象；当其接带光伏容量比例低于自身容量的20%时，一般不会出现潮流返送现象。2.3与日照强度关系根据分布式光伏接入变压器的台账，选取该地区光伏接入比例在 70%80%之间的 50 个台区。对台区 2021 年 11 月 1 日至 12 月 30 日共 60 天数据进行潮流变向点与平均日照强度关系研究，根据每日光伏潮流变向点数据与日照强度，绘制光伏潮流变向点与日平均光照强度数据散点图，并拟合变压器潮流变向点与日照强度关系曲线，如图 5 所示。图5变压器潮流变向点与日照强度关系Fig.5 The relationship between transformer power flowchange point and sunshine intensity图 5 中 拟 合 曲 线 与 实 际 数 据 的 相 关 系 数为-0.845 2，呈高度线性相关。即在变压器接带光伏容量确定的情况下，气象条件越好或光伏输出效率越高，其发生潮流变向的时刻越早。图 5 中只包含46 天数据，原因是其余 14 天阴雨天气下变压器未发生潮流变向。此外，气象状况不稳定还会导致变压器反复出现潮流变向点，如多云天气时太阳光照不稳定，在被云层遮挡情况下光照强度骤减，无云层时光照强度上升，如此往复导致光照强度波动剧烈，带来一系列电能质量下降及负荷不稳定问题。3含低压分布式光伏的配电网功率因数影响3.1分布式光伏对公用变压器台区无功的影响分布式光伏会引起配电网功率因数降低，利用用电信息采集系统的电表与采集终端数据对 2021年 11 月份某日（天气较好）某台区功率因数进行统计，结果如表 1 所示。表1某台区某日变压器功率因数统计Table 1 Statistics of transformer power factor on a certainday in a certain station序号123456789101112时刻00：0001：0002：0003：0004：0005：0006：0007：0008：0009：0010：0011：00总功率因数0.990.990.970.980.980.970.99-0.21-1.00-1.00-0.98-0.96序号131415161718192021222324时刻12：0013：0014：0015：0016：0017：0018：0019：0020：0021：0022：0023：00总功率因数-1.00-1.00-1.000.490.980.990.970.990.970.970.980.99由表 1 可知，变压器功率因数在变压器潮流方向较稳定时，可以维持较高水平，即在1 左右。但变压器在潮流阶段性变向时的功率因数水平非常低，甚至小于 0.5，如表中 07：00 和 15：00 的变压器潮流发生变向。利用用电信息采集系统采集台区的终端数据，统计当日光伏接入台区功率因数，结果如表 2 所示。表2用电信息采集系统光伏台区功率因数统计Table 2 Statistics of power factor of photovoltaic station areaof electricity consumption information collection system台区台区 1台区 2台区 3台区 4台区 5台区 6台区 7台区 8台区 9台区 10变向点功率因数0.290.34-0.360.280.52-0.57-0.690.660.430.79台区台区 11台区 12台区 13台区 14台区 15台区 16台区 17台区 18台区 19台区 20变向点功率因数-0.230.770.66-0.260.59-0.430.52-0.45-0.72-0.21袁林涛，等：基于潮流变向点的配电网低压分布式光伏无功影响及优化15山东电力技术第50卷（总第309期）2023年第8期由表 2 可知，在变压器光伏潮流变向点（09：00、17：00）附近，功率因数明显较低，即此种现象是普遍存在的，表 1 中台区功率因数降低现象并非个例。为进一步深入分析，对 100 个光伏接入比例为 70%80%的变压器的功率因数越限率（0.9 以下为越限）进行统计，得到变压器的平均潮流变向点与各时刻的功率因数越限率。平均点为 09：44 和 15：36，越限率如图 6 所示。图6变压器各时刻功率因数越限率统计Fig.6 Statistics of the power factor crossing rate of thetransformer at each time由图 6 可知，变压器在潮流阶段性变向点及其附近的功率因数越限率较高。即光伏的接入主要影响变压器潮流变向点处的功率因数，在潮流变向点处降低系统的功率因数。而电网功率因数的降低会导致线路损耗增大、电压降低、设备利用率降低，对公用电网电能质量极为不利。3.2原因分析以变压器第一个潮流变向点为例分析功率因数降低原因，参考方向仍为潮流从变压器的高压侧流向低压侧方向，则其在潮流变向点附近功率如图 7所示。图7变压器潮流变向点附近功率Fig.7 Power near the transformer power flow change point图 7 中，P1为接入变压器的居民及工商业用电负荷，Q1为居民及工商业消耗的无功功率，二者方向均为正方向，S1为负荷的视在功率，1为负荷的功率因数夹角。P2为接入变压器的低压光伏输出总功率，方向为负，Q2为分布式光伏消耗的无功功率，方向为正，S2为光伏输出的视在功率，2为光伏输出的功率因数。由图 7 可知，居民用电的功率因数 cos 1接近 1，分布式光伏的功率因数 cos 2接近-1。P3、Q3、S3、3分别为台区居民及工商业负荷与光伏输出功率叠加后的有功功率、无功功率、视在功率及功率因数夹角，且满足：P3=P1+P2（2）Q3=Q1+Q2（3）由图 7 可以看出，当变压器台区居民及工商业负荷与光伏输出功率叠加后，在光伏潮流变向点处有功功率 P3值较低，但消耗的无功 Q3进一步增大，导致光伏潮流变向点的功率因数夹角 3增大，功率因数 cos 3降低（通常在 0.6 以下）。根据上述分析，变压器的有功功率较小、无功功率较大导致变压器在潮流变向点处功率因数较低。若要提高功率因数，须增大该点处的有功功率或减少无功功率消耗。4基于配变智能融合终端的变压器精细化无功补偿方案4.1变压器精细化无功补偿方法实现变压器精细化无功补偿的核心为实现变压器有功与无功的精准、实时检测，常用的检测方法有 p-q 法、ip-iq法、d-q 法及三角变换检测法。p-q法、ip-iq法、d-q 法都是利用坐标变换的思想，将三相坐标变换至两相坐标。而三角变换检测法在单相的基础上直接进行有功与无功的检测，避免复杂的坐标变换，减少计算量。本文提出的变压器精细化无功补偿方案中采用三角变换检测法来实现无功的精准、实时检测。三相系统的有功功率与无功功率为单相的有功功率与无功功率之和，即为P3=PA+PB+PCQ3=QA+QB+QC（4）式中：PA、PB、PC为各相的有功功率；QA、QB、QC为各相的无功功率；P3、Q3分别为有功功率、无功功率之和。以 A 相为参考相，三相相电压的表达式为16ua=UAcos()tub=UBcos()t-23uc=UCcos()t+23（5）对应的三相电流表达式为ia=IAcos()t+Aib=IBcos()t-23+Bic=ICcos()t+23+C（6）式中：IA、IB、IC、A、B、C分别为三相电流最大值及相电压与相电流夹角，其值不确定。故式（6）中电流可表示成任意不对称形式。通过功率定义可知，电流的有功分量为总电流在电压矢量方向的投影，无功分量为总电流在电压矢量法线方向的投影，如图 8 所示。以 A 相为例，从图 8中可看出，A 相电压矢量方向的有功电流分量的正弦项为 cos（t），A 相电压矢量法线方向的无功电流分量滞后 A相电压 90，其余弦项为 cos（t-2）。图8电流的有功和无功投影Fig.8 Projection of current active and reactive power将 ia分解在有功分量和无功分量的方向分解，即为ia=Iapcos()t+Iaqcos()t-2=Iapcos()t+Iaqsin()t（7）式中：Iap、Iaq分别代表 A 相电流的有功分量与无功分量的峰值。将式（7）两边同乘 2cos（t）得2iacos()t=2Iapcos2()t+2Iaqsin()t cos()t（8）进一步化简为2iacos()t=Iap1+cos()2t+Iaqsin()2t（9）式（8）和式（9）中，2iacos（t）中含有幅值为 Iap的直流分量与幅值为Iaq的2倍频谐波分量。通过低通滤波器（Low Pass Filter，LPF）可提取直流分量 Iap。同理，将2iasin（t）通过低通滤波器可提取Iaq。求 取 Iap和 Iaq后，利 用 锁 相 环（Phase LockedLoops，PLL）相位信息分别与乘子 cos（t）和 sin（t）相乘得 A 相电流 ia的有功分量 iap和无功分量 iaq，求取过程如图 9 所示。最后根据电压幅值与电压、电流之间的相角差可得三相有功功率与无功功率，实现有功功率与无功功率的检测。图9A相电流有功和无功分量求取过程Fig.9 The process of finding the active and reactivecomponents of phase A currentB、C 相的有功与无功功率的求取与 A 相类似，即通过将 B 相电流投影至 B 相电压获得有功与无功电流，C 相电流投影到 C 相电压上获得 C 相的有功与无功电流，对应 ib和 ic的分解形式如式（10）所示，ib=Ibpcos()t-23+Ibqsin()t-23ic=Icpcos()t+23+Icqsin()t+23（10）在不含谐波的情况下，通过三角变换检测法，不仅可以计算正序电流有功与无功分量，还可求解负序和零序电流。三相四线制系统的三相电流之和的1/3 即为零序电流，负序电流为i2=ia-i1-i0（11）式中：ia为参考相 A 相的电流；i1为正序电流；i0为零序电流。三角检测法避免三相到两相的矩阵变换，降低运算量，可以实现无功功率的快速、精确检测，为变压器下一步的精细化无功补偿奠定理论基础。袁林涛，等：基于潮流变向点的配电网低压分布式光伏无功影响及优化17山东电力技术第50卷（总第309期）2023年第8期4.2方案详解根据 3.2 节分析，含高比例分布式光伏的变压器在光伏潮流变向点处的有功功率较小、无功功率较大，导致其功率因数极低。若要提高功率因数，需要增大该点的有功功率或者减少无功功率的消耗。传统公用变压器采用的无功补偿电容由于容量分组过大，常导致变压器出现投切过补、不投欠补的问题。因此针对变压器在潮流变向点处的功率因数较低的问题，提出基于配变智能融合终端的变压器精细化无功补偿方案，即对公用台区电容器组进行改造。改造步骤 1）精细化无功补偿，实现电容器的投切精细化；步骤 2）自动化改造，配置自动化投切装置。当发生功率因数下降时，配变智能融合终端控制无功补偿自动化装置及时投切电容器，实现功率因数补偿。改造方案中投切电容器组可采用磁阀式可控电抗器（Magnetic Control Reactor，MCR）型 SVC、调压调容、分组自动投切 3 种方式，对比如表 3 所示。表3精细化无功补偿方案对比Table 3 Comparison of refined reactive powercompensation schemes比较项目改造方案描述投资运行方式调节时间补偿效果有功损耗上限百分比/%占地面积运维工作量运维费用MCR 型 SVC电容不变，增加MCR 本体及控制系统 2 套大无级调节毫秒级功率因数恒定1.16另增加 MCR 及控制屏安装空间大大调压调容电容不变，增加有载自耦调压变压器及控制系统4 套中有级调节分钟级功率因数微动2.16另增加调压变压器及控制屏安装空间中中分组自动投切电容器分组，增加控制装置2 套，减容 2 组小有级调节分钟级功率因数微动0.16利用原有空间小小由表 3 可知，分组自动投切方案具有占用空间小、投资少、运维费用低的优点，而一般公用变压器的负荷日波动性较大，但对无功补偿速度要求不高，因此此方法更适用于公用配变已有电容器组升级改造。精细化无功自动补偿装置采用小容量、多分组的原则，可实现无功功率精准补偿，提高功率因数，综合考虑补偿装置性价比，分组数宜选择 36 组。400 kVA 变压器无功精细化补偿改造方案如表 4所示。表4400 kVA变压器无功精细化补偿改造方案Table 4 400 kVA transformer reactive power finecompensation scheme补偿方式共补分补分补补偿容量/kvar20105电容器数量1313234.3实例验证为进一步验证改造方案的有效性，2021 年下半年对公用台区电容器进行改造，完成对 100 台光伏接入比例为 70%80%的变压器精细化自动无功补偿改造，并于 2022 年 1 月份某日（天气较好）07：0017：00 对变压器功率因数越限率进行统计，得到各时刻的功率因数越限率，如图 10 所示。图10变压器各时刻功率因数统计Fig.10 Transformer power factor statistics at each time由图 10 可知，变压器潮流阶段性变向点及其附近的功率因数越限率较图 6 有明显降低，则基于功率因数提升的变压器无功精细化自动补偿方案可以有效补偿变压器潮流阶段性变向时的无功功率，提升变压器功率因数。此外，在光伏潮流变向点处仍有 5%10%的台区功率因数越限比例，主要原因与台区的三相不平衡有关，这将在今后进一步深入研究。185结论针对高比例分布式光伏接入的主动配电网优化问题，对配电网实际运行过程中各系统及终端获取到的大量运行数据进行分析，研究分布式光伏潮流返送特征及相应影响因素，提出相应的解决方案，得到如下结论：1）光照强度与光伏出力具有较强的正相关性；温度、相对湿度对光伏出力的影响不强，总体上温度对光伏发电功率影响存在一个临界值，在临界值之前呈现正相关性，之后则为负相关，相对湿度对光伏发电功率影响则呈现负相关性。2）变压器潮流变向出现时间与光伏接入容量具有较强的负相关性，其接带光伏容量越大，出现潮流变向点时间越早；同样地，变压器潮流变向出现时间与日照强度也有较强的负相关性，即气象条件越好或光伏输出效率越高，其在一天内的潮流变向点发生时刻越早。3）变压器在 2 个潮流阶段性变向点及前后功率因数越限率较未优化前明显降低，由此可见基于功率因数提升的变压器无功精细化自动补偿方案可以有效补偿变压器潮流阶段性变向时的无功功率，提升变压器功率因数。参考文献：1翁国庆，舒俊鹏，谢方锐，等.基于组合权重及属性区间法的主动配电网运行状态态势评估 J.高技术通讯，2020，30（11）：1 149-1 160.WENG Guoqing，SHU Junpeng，XIE Fangrui，et al.Operationstatus assessment of active distribution network based on combinedweightsandattributeintervalmethod J.HighTechnologyCommunications，2020，30（11）：1 149-1 160.2郭经.配用电信息物理系统可靠性建模与评估方法研究 D.北京：华北电力大学，2020.3孟祥星，于大洋，韩学山，等.太阳辐射与负荷波动的相关性对光伏发电并网的影响 J.山东大学学报（工学版），2010，40（2）：126-129.MENG Xiangxing，YU Dayang，HAN Xueshan，et al.Influence ofcorrelation between solar radiation and load fluctuation on gridconnectionofphotovoltaicpowergeneration J.JournalofShandong University(Engineering Science)，2010，40（2）：126-129.4高厚磊，田佳，杜强，等.能源开发新技术分布式发电 J.山东大学学报（工学版），2009，39（5）：106-110.GAO Houlei，TIAN Jia，DU Qiang，et al.Distributed generation-new technology in energy developmentJ.Journal of ShandongUniversity(Engineering Science），2009，39（5）：106-110.5SCHWARTZ R J.Photovoltaic power generation J.Proceedings ofthe IEEE，1993，81（3）：355-364.6MESEMANOLIS A，PONTIKIDIS D，DEMOULIAS C.A newmodulation technique for reduced harmonic distortion of current inPV invertersC International Conference on Computer as aTool，2011.7金卓勍.考虑电能质量问题的分布式光伏接入规划方法 D.武汉：武汉大学，2017.8SARKA