分布式光伏并网电能质量优化控制方法研究

刘升

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摘要：双碳目标推进背景下，分布式光伏装机规模持续扩容，多点分散并网模式对传统配电网运行秩序造成显著影响，衍生出电压偏移、谐波畸变、三相负荷失衡等诸多电能质量问题，严重制约配电网安全稳定运行与新能源消纳效率。为有效解决光伏并网带来的电能质量缺陷，本文系统分析分布式光伏并网的电能质量扰动机理，结合先进智能控制技术设计多目标协同优化控制策略，依托仿真平台完成多场景性能验证，对比传统控制方式的应用短板与优化方案的技术优势，为分布式光伏并网电能质量治理、配电网智能化调控提供可行的技术参考与实践支撑。

关键词：分布式光伏；并网运行；电能质量；优化控制；虚拟同步机；模型预测控制

引言

国内分布式光伏产业呈现规模化、普及化发展态势，分散式并网模式有效盘活了区域新能源资源，提升了清洁能源利用效率，但光伏出力的间歇性、随机性特征，与配电网稳定运行需求存在固有矛盾。大量分布式光伏无序并网，极易引发并网点电压异常、谐波叠加、三相功率失衡等系列问题，不仅降低电网供电质量与供电可靠性，还会增加电网运维损耗与安全运行风险。基于当前光伏并网电能质量的突出问题，开展机理分析、策略优化与性能验证研究，对规范新能源并网运行、提升配电网电能质量具备重要的工程应用价值。

一、分布式光伏并网电能质量扰动机理分析

（一）光照波动引发的出力扰动机理

分布式光伏出力高度依赖自然光照条件，云层遮挡、天气变化带来的光照突变，会造成光伏阵列输出功率剧烈波动，使得并网功率呈现间歇性振荡特征。功率的快速动态变化会直接扰动配电网原有功率平衡体系，引发并网点电压瞬时升降，形成持续性电压偏差问题。该类扰动具备随机性强、波动速度快的特点，是光伏并网电压不稳定的核心诱因，也是影响配电网稳态运行的重要因素[1]。这类无规律的功率波动会持续干扰配电网的稳态调控节奏，加剧区域电网供电参数的动态偏移问题。

（二）负荷变动导致的电网失衡机理

低压配电网负荷具备动态波动、分布不均的特征，分布式光伏多点接入后，原有电网负荷配比结构被改变，日间光伏出力叠加负荷变动，极易造成三相负荷分配不均衡。负荷失衡会引发三相电压不对称、功率流动紊乱等问题，进而增大电网线路损耗，影响用电设备安全稳定运行。相较于传统电网，含分布式光伏的配电网负荷扰动耦合性更强，失衡问题更加突出，电能质量扰动的传导范围更广[2]。失衡工况长期存在会逐步降低电网供电稳定性，增加设备老化损坏与线路故障的发生概率。

（三）逆变器参数失配的谐波扰动机理

光伏逆变器是光伏并网的核心电力电子设备，其控制参数整定不合理、拓扑结构适配性不足，会导致开关切换过程中产生高频谐波分量。多台逆变器同时并网运行时，谐波会相互叠加放大，造成电网波形畸变，严重污染并网电能质量。同时老旧逆变器控制策略滞后，动态调节能力薄弱，无法适配复杂并网工况，进一步加剧谐波扰动，成为电能质量劣化的重要设备诱因。谐波畸变不仅破坏电网波形规整度，还会干扰各类用电设备的正常工作运行状态。

二、分布式光伏并网电能质量优化控制策略设计

（一）多目标协同优化控制总体框架

立足电压波动抑制与谐波治理核心目标，结合模型预测控制与虚拟同步机技术优势，搭建多目标协同优化控制框架。依托虚拟同步机技术模拟同步发电机的惯性与阻尼特性，弥补光伏并网无惯性、弱阻尼的运行短板，平抑电网电压与频率的动态波动。引入模型预测控制实现工况超前预判，兼顾系统动态响应速度与稳态运行稳定性，解决单一控制技术响应滞后、适配性不足的问题，构建全方位电能质量调控体系。该框架整合两类技术核心优势，可实现多维度电能质量问题的同步协同治理管控。

（二）动态电压波动平抑控制模块设计

针对光照与负荷波动引发的电压偏差问题，设计动态电压自适应调控模块，依托模型预测控制实时预判光伏出力与负荷变化趋势，提前修正逆变器输出参数。结合配电网电压运行区间约束，动态调节无功功率输出，实现电压偏差的精准抑制，有效规避电压越限、电压振荡等问题。该模块可适配复杂动态并网工况，大幅提升电网电压运行的平稳性与自适应调节能力。能够实时适配工况动态变化，从源头遏制电压波动带来的各类电网运行隐患。

（三）谐波抑制与参数整定优化方案

聚焦逆变器引发的谐波畸变问题，优化逆变器控制逻辑与开关策略，搭建谐波实时检测与主动抑制机制，精准抵消并网高频谐波分量。统一优化控制模块参数整定规则，结合不同并网工况校准控制参数，规避参数失配引发的调控失效问题。通过标准化参数配置与主动谐波治理，有效改善并网电流波形质量，从设备控制层面解决谐波污染问题，保障并网电能波形稳定合规。可全方位净化并网电能波形，切实提升配电网整体供电品质与运行规范性[3]。

三、优化控制策略的仿真验证与性能对比

（一）仿真平台与测试场景搭建

依托专业仿真平台搭建分布式光伏并网仿真模型，还原低压配电网光伏并网的真实运行架构，完善光伏阵列、逆变器、配电线路与动态负荷模型参数。结合工程实际，设置光照突变、三相负荷不平衡、非线性负荷接入三类典型扰动场景，模拟各类复杂工况下的电网运行状态，为控制策略性能验证提供真实、全面的仿真测试环境，保障验证结果具备工程参考价值。仿真模型严格贴合实际工程参数搭建，有效保障测试数据的真实性与参考实用性。

（二）核心电能质量指标对比测试

在统一仿真工况下，分别采用传统并网控制方法与本文优化控制策略开展对照测试，重点比对两类控制方式的谐波抑制效果、电压偏差控制精度、工况动态响应能力等核心指标。测试过程全程保持仿真环境、设备参数与扰动条件一致，精准凸显优化策略在复杂扰动场景下的调控优势，客观验证多目标协同控制方案的有效性与稳定性。多维度指标对比可全面、客观反映优化策略的实际工程应用价值与管控优势。

（三）仿真结果性能分析总结

仿真测试结果表明，相较于传统控制方式，本文优化控制策略可快速响应各类电网扰动，有效降低并网谐波畸变水平，精准抑制电压波动与三相功率失衡问题，动态响应速度与稳态控制精度均得到显著提升。该策略能够适配多类复杂并网工况，具备更强的工况自适应能力与电能质量综合治理效果，可有效解决传统控制方法调控滞后、治理单一、稳定性不足的短板，适配分布式光伏规模化并网的电能质量管控需求。整体控制性能全面优于传统方案，可高效适配当下新能源并网的精细化管控发展需求。

结语

分布式光伏并网引发的电压波动、谐波畸变、三相失衡等电能质量问题，根源在于光伏出力随机性、负荷动态扰动与并网设备控制适配性不足。本文系统剖析各类电能质量问题的演化机理，融合先进控制技术设计多目标协同优化控制策略，通过多场景仿真验证了方案的治理成效与技术优势。所提策略可有效平抑并网电能扰动、优化电网运行状态、提升新能源并网质量。未来可进一步优化算法轻量化水平，适配更多复杂并网场景，为分布式光伏并网电能质量精细化、智能化治理提供持续技术支撑。

参考文献

[1]张瑞基, 黄林浩. 配电网电能质量综合治理与优化控制研究 [A]. 新质生产力驱动第二产业发展与招标采购创新论坛——绿色智造·采购革新专题（第三册）[C]. 《中国招标》期刊有限公司: 2025: 858-862.

[2]梁锦涛. 配电网中分布式光伏接入的承载力分析与电能质量控制研究 [A]. 2025年第九届工程领域数字化转型与新质生产力发展研究学术交流会论文集[C]. 广西网络安全和信息化联合会: 2025: 528-530.

[3]李永乐, 张树炜, 张文康, 毛行奎. 服务器电源轻载电能质量优化设计与控制 [J]. 电器与能效管理技术, 2025, (8): 70-78.

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