关于大型光伏电站无功电压控制研究

关于大型光伏电站无功电压控制研究

王可

（江苏金智科技股份有限公司江苏南京211100）

摘要：大型的光伏电站在输电端进行并网期间，会对电网的潮流及其分布情况带来一定的影响，同时引起了电网中各个节点电压的波动。为了使得光伏电站的并网满足公共连接点（PCC）无功电压的控制要求，通过研究九区图的原理，以功率因数与PCC电压皆合格作为最终的控制目的，对PQ电源式与PV电源式大规模的光伏电站提供了无功电压的控制方法。建立了相应的等效模型，达到了良好的效果。

关键词：大型光伏电站；无功电压；控制策略

引言

自动无功电压控制是保证光伏电站安全稳定运行的重要手段。文章对大型并网光伏电站无功电压控制策略进行分析，依据相关标准给出现场试验方法；利用江苏某光伏电站进行实测研究，验证了无功出力和控制能力，发现指令下发通道错误和汇集系统电压越限造成的问题；通过指令甄别机制和电压闭锁逻辑分析，寻找出试验过程中出现问题的原因，并给出今后的改进措施。

1大型光伏电站的并网系统构造

并网的光伏电站一般包括很多成分，主要由汇集线路分别接入逆变器、光伏阵列、升压的变压器，到相应的并网点（即POI），然后，通过传输线路接到PCC。

2光伏电站的等效模型

第一，逆变器与光伏阵列的等效模型。按照具体的潮流计算标准，如果逆变器选择了恒功率控制方法或者电流源的输出模式，则二者将等效为PQ可控的电源；如果逆变器选择恒电压控制方法与电压源输出模式，则二者等效为PV可控的电源。第二，大型光伏电站的交流一次系统没有对交流一次系统进行等效，参数主要依据典型的系统参数。光伏电站的等效模型主要包括PQ、PV可控的等效电源与交流一次系统。

3大型光伏电站对无功电压的控制策略

3.1光伏电站的无功电压控制系统构造

第一，无功电压的两种控制策略。区域AVC设定了功率因数值与PCC电压，光伏电站依据AVC的设定值对无功电压的控制系统进行投入。同时，光伏电站需要收集功率因数与PCC电压的测量值，按照事先的策略加以控制。第二，无功电压的控制系统达成模式。一般分为远方、就地两种控制形式。

3.2PQ电源式光伏电站无功电压的控制策略

第一，控制目标。PQ电源式光伏电站的接入电网通常会对功率因数与PCC电压带来一定的影响。因此，为了有效促进功率因数为1与PCC电压达到相应的标准，并全面分析二者无法共同达到控制标准的情况，应当设定最佳及次优的控制目标。第二，控制手段。PQ电源式光伏电站的无功电压控制一般包括两种方法，即调节逆变器的功率因数与调节SVG的补偿量。基于逆变器本身带有很大的剩余无功容量，因此，无功补偿的时候需要优先对逆变器加以调节，然后再调节SVG。因为变压器主要以改变系统的无功功率具体的分布情况进而达到对各个节点电压的调节的目的。PQ可控电源的无功在设定以后不保持不变，变压器没有较大的调节效果，所以，PQ电源式光伏电站通常不选择变压器的调节形式。第三，控制策略。应用九区图的控制方法，通过对无功电压的控制设的控制，达到以上的控制目标。

3.3PV电源式光伏电站对无功电压的控制策略

第一，控制目标。PV电源式光伏电站的接入电网一般会对PCC电压带来影响，使其功率的因数很小。所以，功率因数的目标值通常会稍有降低。第二，控制手段。PV电源式光伏电站控制无功电压通常采用逆变器交流端电压的调节、SVG的补偿量调节、主变分接头调节手段，具体操作的顺序为逆变器、SVG、主变压器。

3.4光伏电站无功电压控制中注意事项

第一，PQ电源式光伏电站，若改变了逆变器的功率因数，让其发出的无功抵消电站中系统的无功损耗，则无需再次投入SVG做无功补偿；而PV电源式光伏电站中，控制前PCC的功率因数通常很低，其初始的测量数值集中在2、3、4、6、7、8区。第二，PQ电源式光伏电站中，在对各个逆变器的功率因数进行调节时，应用等功率的因数准则，即各逆变器的功率因数皆相等。PV电源式光伏电站在对逆变器的电压进行调节时，应用等电压的准则，以降低系统的环流现象。第三，当功率因数与PCC电压无法共同符合要求的时候，可相应地降低功率因数，确保电压合格。这种情况通常出现于晚上电力客户负荷较大、光伏电站的有功出力较小的时段。

4大型光伏电站并网低碳运行

大型光伏电站并网的低碳运行主要指”低碳调度”（Lowcarbonscheduling），即在保证电站电能顺利生产时，通过电力调度实现电力二氧化碳（CarbonDioxide，CO2）排放最大程度的控制。目前，低碳调度已经成为智能电网调度体系中的重要组成部分，是电网绿色建设的重要表现。由于光伏电站发电所应用的资源为太阳能这一可再生清洁能源，因此实现光伏电站并网运行，用光伏电站承当尽可能多的供电任务，对改善电网运行质量，降低电网运行能耗具有重要现实意义。而在此过程中，需在并网中科学配置储能系统用以保障光伏电站并网发电过程中并网系统运行的安全与稳定；需在并网中科学配置控制系统，协调光伏电站发电量，在保证电网系统运行安全与稳定的基础上，实现光伏电站最优化发电，提升清洁能源在发电中所占据的比重，从而降低并网发电过程中的二氧化碳排放量，提升发电过程中的低碳效益。

5大型光伏电站并网特征

由大型光伏电站并网结构可知，大型光伏电站并网系统的拓扑结构通常可分为以下两种：其一，单级结构，即借助DC/AC逆变器，大型光伏电站输出的直流电发生逆变，变化为与电网系统电压幅值相一致的电能；其二，双级结构，即借助DC/DC转换器，大型光伏电站输出的直流电进行升压处理，并在此基础上利用处于第二级的DC/AC逆变器，进行升压后直流电的逆变操作，将其逆变为交流电并接入到电网系统中，实现大型光伏电站并网发电。通常情况下，由于大型光伏电站容量相对较大，在对其进行控制时，难度系数相对较高。因此，为提升系统控制效率，实现并网发电过程中能耗的优化，单级结构的实用性较强。因此，就单级结构的大型光伏电站并网输出特性进行了如下分析：通过构建光伏阵列数据模型可知，大型光伏电站出力的随机性相对较强，在发电过程中易受外界环境因素的影响发生变化。在对大型光伏电站并网特性进行研究时，可采用Matlab/Simulink进行仿真研究，探寻不同环境下光伏电站输出特性。

6大型光伏电站并网控制技术

光伏电站并网之后，在一定程度上会对系统潮流、电压、短路电流以及继电保护等产生一定影响。例如，由于光伏电站并网后，在单位公路因素控制下，会对电网有功潮流产生一定影响，将电网电压拉近1.0pu，因此现对于传统电网而言，并网电压有所提升；光伏电站并网后，配电网系统相对于原系统其结构更为复杂，光伏电站接入点上游故障易导致线路产生误动作，下游故障易降低线路保护灵活度。因此，为实现大型光伏电站并网科学管控，降低并网后的负面影响，针对MPPT控制技术、有功功率控制技术、无功及谐波电流补偿控制技术等存在的相同性与差异性，设计一种多模式统一控制模式，用以实现并网最大功率点的有效跟踪，实现无功及谐波电流的科学补偿以及对系统有功的准确控制，促进并网控制质量与效率的提升。即调整光伏电站并网有功功率电流进行并网输出电压的稳定，MPPT控制侧重输出电压的控制；有功控制侧重有功分量的调整，注重有功功率与MPPT控制的连接；无功及谐波电流控制实现无功及谐波电流的控制，降低谐波含量，优化电压波形。

结束语

按照PCC无功电压的控制要求，对PQ电源式、PV电源式的光伏电站进行研究，提出各种无功电压的控制方法。通过相关的计算得知：光伏电站中的变压器、电力线路的损耗可以对PCC处的电压与功率因子造成影响，控制无功电压过程中需要重视；同时，从充分利用装置的视角分析，主变压器、逆变器、SVG需要综合性应用，主要对逆变器进行调节。

参考文献：

[1]许崇新.大型光伏电站接入系统继电保护研究[D].华北电力大学，2015.