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一种两阶段方法实现光伏逆变器参与功率因数校正与电压调节
A Two-Stage Approach for PV Inverter Engagement in Power Factor Correction and Voltage Regulation
| 作者 | Shiva Poudel · Tylor E. Slay · Monish Mukherjee · Alexander A. Anderson · Daniel Kopin · Cyril Brunner |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industry Applications |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 光伏逆变器 PFC整流 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 分布式能源 智能逆变器 无功功率支持 两阶段策略 电压-无功曲线 |
语言:
中文摘要
摘要:太阳能光伏(PV)等分布式能源资源的快速整合,可能会因反向潮流和变电站接口处的低功率因数,给配电馈线带来过电压挑战。尽管现有文献广泛探讨了利用智能逆变器的能力,通过电压 - 无功曲线(VVC)实现无功功率的灵活性,但由于计算需求和通信要求,实时获取此类曲线的时变运行点颇具挑战。同样,由于问题的复杂性以及有效调动用户自有资源的困难,在大规模配电馈线中采用基于优化的方法进行无功功率控制和主动电压调节也存在难度。本文提出了一种利用智能逆变器提供无功功率支持的两阶段策略。第一阶段通过根据预测的系统需求,为大规模太阳能光伏系统优化设计VVC(按亚日尺度)来制定短期规划,并提前将最优曲线传达给智能逆变器。随后,第二阶段采用基于交易的方法,调动用户自有光伏系统提供无功功率支持,从而有效提升整体系统性能并满足实时需求。本文将利用佛蒙特电力公司(VELCO)和佛蒙特电力合作社(VEC)提供的实际配电线路来验证该方法的有效性。
English Abstract
Rapid integration of distributed energy resources, such as solar photovoltaic (PV), can lead to overvoltage challenges in distribution feeders due to reverse power flow and low power factor at the substation interface. While existing literature extensively explores the utilization of smart inverter capabilities for reactive power flexibility using volt-var curve (VVC), obtaining time-varying operating points of such curves in real-time is challenging due to computational demands and communications requirements. Similarly, employing optimization-based approaches for reactive power control and active voltage regulation in large-scale distribution feeders is difficult due to the complexity of the problem and the challenges in effectively engaging customer-owned resources. This paper proposes a two-stage strategy to harness smart inverters for reactive power support. The first stage formulates short-term planning by optimally designing VVCs (sub-daily basis) for large-scale solar PVs based on projected system needs and communicating optimal curves to smart inverters in advance. Subsequently, the second stage employs a transactive-based method to involve customer-owned PVs for reactive power support, effectively enhancing overall system performance and addressing real-time demands. The efficacy of this approach will be demonstrated using real-world distribution circuits provided by Vermont Electric Power Company (VELCO) and Vermont Electric Cooperative (VEC).
S
SunView 深度解读
从阳光电源智能逆变器业务视角来看,这篇论文提出的两阶段无功功率控制策略具有重要的技术参考价值和应用前景。该方案有效解决了大规模分布式光伏并网带来的过电压和功率因数问题,这与我司在全球市场面临的电网适应性挑战高度契合。
论文的核心创新在于将传统的实时优化控制分解为"离线规划+实时交易"两个层次。第一阶段通过短期预测优化设计伏安曲线(VVC),降低了对通信带宽和计算资源的要求;第二阶段引入交易机制调动用户侧资源参与无功支撑,这为我司开发面向用户侧的能源管理系统提供了新思路。特别是在欧美等成熟电力市场,这种结合市场机制的技术路线更具商业可行性。
从产品开发角度,该技术可直接应用于我司SG系列智能逆变器的功能升级。建议在现有电网支撑功能基础上,增强自适应VVC算法模块,并开发配套的云端优化平台,实现逆变器从"被动响应"到"主动参与"的转变。这将显著提升产品在高渗透率光伏电网中的竞争力,尤其是在澳洲、欧洲等对电网友好性要求严格的市场。
技术挑战主要体现在三个方面:一是需要准确的负荷和光伏出力预测能力;二是用户侧激励机制的设计需要适应不同市场环境;三是算法的轻量化部署以适配边缘计算场景。但这些挑战同时也是技术创新机遇,可结合我司在储能系统、能量管理系统方面的优势,打造"光储逆变器+智能调度"的一体化解决方案,为电网提供更灵活的辅助服务能力。