大型光伏电站无功电压控制策略

大型光伏电站无功电压控制策略

姚园园

（陕西中地能源开发建设有限公司，陕西咸阳712000）

摘要：随着我国经济的不断发展，对光伏电站无功电压控制策略的实施提出了更高的要求，因而在此基础上，为了打造良好的电网运行空间，要求电力部门在对光伏电站进行操控过程中应注重以RTDS实时仿真系统平台的搭建形式全面掌控到无功策略实施现状，并及时发现无功设备运行过程中凸显出的相应问题，对其进行有效处理。

关键词：大型光伏电站、无功电压控制

一、引言

大型光伏电站在输电侧并网以此影响普通电网潮流的大小和分布,并改变电网的各节点电压。对小型并网光伏电站只对普通电网供电，不参与电网的无功电压控制，中型和大型并网光伏发电站根据PCC电压水平调节无功输出，应当具备参与电网无功电压控制的能力。

近年来，随着光伏产业的快速发展，系统成本不断降低，光伏并网技术逐渐成熟，建设大型光伏并网的光伏发电设施成为大规模利用太阳能的有效方式。与分布式光伏发电不同，大型光伏电站在沙漠地区建设的多，当地负荷水平低，接入地区电网短路容量比较小，大容量的光伏需求需要在高压长距离输电线路外进行输电。光伏发电因为受到光照射的影响大，光照的变动会直接引起有功输出的波动，从而进一步限制了并网点电压的波动，因此，大型光伏发电厂必须具备无功电压控制能力。

二、大型光伏电站的建模结构

（一）大型光伏电站并网系统结构

并网型大型光伏发电站主要从集成电路依次连接太阳能电池阵列、逆变器、升压变压器,并与网点(POI)连接,进而经由送出线路与PCC连接。并网后电压测量点可以选择POI或PCC，测量时可以选择PCC作为无功电压控制点二次升压而集中在110kV电网上的大型光伏电站[1]。

（二）光伏电站等效模型

根据潮流计算的要求,逆变器采用电流源输出方式、定功率控制策略时,太阳能电池阵列和逆变器等是PQ可控等效电源;因为逆变器采用的是电压源输出方式，以及采用定电压控制策略时,光伏阵列和逆变器等同于PV可以控制的等效电源。

电站交流初级系统不等效，具体的参数以典型的系统参数为准。大型光伏发电站等效模型由PQ（PV）可控等效电源和电厂交流初级系统连接组成。

三、大型光伏电站的无功电压控制策略

（一）不同无功电压对并网点电压的影响

光伏发电站的内部无功源包括无功功率补偿装置和PVGU，为了研究不同PVGU和无效补偿装置的无效化以及对网点电压的影响，建立了相关检测等效电路。原理为通过第i组光伏发电单元和无功功率补偿装置分别通过等效阻抗Ri-POIjXi-POI、RC-POIjXC-POI连接于网点。PijQi、QC、Pi'jQi'、QC'分别由第i组PVG和无效化补偿装置供电,并传送至并网点[2]。

通过第i组PVGU传送至并网点的功率可以通过一定的计算公式得出，并且由于并网点的额定电压为110KV，但是每个光伏发电单元的规定容量为1MW，并且线路的电阻抗也比较小，所以可以计算出相关的结果，并且由此，可以通过同样的原理得到，无功补偿装置对并网点电压的影响，得到站内各光伏发电单位以及无功补偿装置无功输出对于并网点电压的影响近似相等。

（二）并网点电压控制

在静态稳定的前提下，可以认为大型光伏发电站的无功功率的变化量与网点电压振幅值的变动量之间近似呈线性关系，因此，可以使用PI控制器来实现电压幅度值无差别的控制。将反相器和SVG等价的作为惯性步骤，并且忽略通信延迟，根据相关的计算公式得到无功电压控制框图。但是，kp，ki是PI控制器参数，1/（Ts+1）是逆变器和SVG等价，Qref是将网点电压维持在规定范围内所需的无效参考，Q是逆变器和SVG实际发出无效量。f（P）表示扰动量，有效输出对，影响网点电压，以此得到并网点电压的控制量[3]。

（三）无功电压的分配策略

1.分配策略

由PI控制器获得的无功参考Qref必须由光伏发电站的内部逆变器和无功功率补偿设备提供，因此，大型光伏电站的无效电压控制必然涉及逆变器和无功功率补偿设备以及每个逆变器的协调控制。鉴于静止无功发生器SVG的无效补偿中的动态无功调节能力，在此只使用SVG代替无效补偿装置进行分析和设计。通过SVG和逆变器都可以实现调整无功功率基准Qref，实现无功输出。

该分配策略包括在PVGU与无功补偿装置之间的分配以及每个组PVGU之间的分配。为了减少并网点的损失，优先使用SVG进行无功输出，并且缺失部分由PVGU提供。SVG和各组的PVGU的无效基准量QCref、Qpv按照已经计算出的相关计算公式进行合理分配[4]。

2.优化计算

在通常的运转模式下，伴随着光照增强，有时集电极线的末端的PVGU的电压变得过高，当电网电压出现波动时，导致继电器保护装置进行工作，在恶劣的状况下引起连锁反应，引起逆变器大规模的脱网。因此，在本文中，对各组PVGU的无效基准量Qref进行了最优化，根据工作站内的电气压力状况，实时调整各组的PVGU的无功输出，在保证光伏发电站的总无功功率需求的同时，实现了站内的各PVGU，并使净电压的差异最小，从而改善了站内电压分布。

各PVGU之间通过线路阻抗相互影响,导致等效阻抗难以计算,本文适用无效电压灵敏度系数,各组的PVU无效输出与净电压的关系。通过使用全局序列二次规划法(SQP)求解需要解决一些限制条件的非线性计划问题，便可以求出并网点电压恒定且站内电压均匀地分布时的各PVGU的无功参考值。

总结：

通过对无功电压控制策略的研究得出以下结论。第一、由于集电线路阻抗的存在，站内的各PVGU随着到升压站的距离的增加，网络电压变高，可能使保护装置动作，断开变换器。另外，随着光照的增强，集电线路两端的电压差逐渐增大，不利于保护装置的整定。第二、随着线路阻抗或有功输出无功输出的变化，系统的灵敏度系数矩阵改变，但变化不大。第三、利用这里提出的务工电压的控制策略实现对电网电压的动态调整,并能改善光电电站内部的电压分布情况,从而保证光伏电站的稳定运行。

参考文献

[1]唐一铭,顾文,蒋琛,刘亚南.大型并网光伏电站无功电压控制策略与现场试验[J].电力电容器与无功补偿,2018,39(05):142-148.

[2]刘中原,王维庆,王海云,王海峰.并网型光伏系统无功电压稳定性控制策略研究[J].电力电容器与无功补偿,2017,38(06):130-137.

[3]李晖,梁福波,智勇,陈仕彬.新能源场站无功电压调相运行技术研究[J].智能电网,2017,5(04):363-366.

[4]刘双,张建周,王汉林,柏嵩.考虑多无功源的光伏电站两阶段无功电压协调控制策略[J].电力系统自动化,2017,41(11):120-125+168