關(guān)于大型光伏電站無功電壓控制研究

卓越 向盼

摘 要：大型的光伏電站在輸電端進(jìn)行并網(wǎng)期間，會對電網(wǎng)的潮流及其分布情況帶來一定的影響，同時引起了電網(wǎng)中各個節(jié)點電壓的波動。為了使得光伏電站的并網(wǎng)滿足公共連接點（PCC）無功電壓的控制要求，通過研究九區(qū)圖的原理，以功率因數(shù)與PCC電壓皆合格作為最終的控制目的，對PQ電源式與PV電源式大規(guī)模的光伏電站提供了無功電壓的控制方法。建立了相應(yīng)的等效模型，達(dá)到了良好的效果。本文闡述了大型光伏電站的模型建立，分析了大型光伏電站對無功電壓的控制策略。

關(guān)鍵詞：大型光伏電站；無功電壓；控制策略

本文主要把逆變器與光伏陣列等效為PV（PQ）的可控制等效電源，對包括匯集線路、變壓器、送出線路的大規(guī)模光伏電站展開了建模；分別針對PQ、PV電源式的光伏電站，提供了以功率因數(shù)與電壓為控制目的的無功電壓的控制方法；分析了各個時刻的電站負(fù)荷與出力的變化情況。提出了光伏電站無功電壓控制中需要注意的問題，以下就相關(guān)問題展開詳細(xì)論述。

一、大型光伏電站的模型建立

（一）大型光伏電站的并網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)造

并網(wǎng)的光伏電站一般包括很多成分，主要由匯集線路分別接入逆變器、光伏陣列、升壓的變壓器，到相應(yīng)的并網(wǎng)點（即POI），然后，通過傳輸線路接到PCC。并網(wǎng)以后的電壓其測量點可以選擇PCC或者POI，本文主要將PCC作為無功電壓的控制點。具體參見圖1所示：

（二）光伏電站的等效模型

第一，逆變器與光伏陣列的等效模型。按照具體的潮流計算標(biāo)準(zhǔn)，如果逆變器選擇了恒功率控制方法或者電流源的輸出模式，則二者將等效為PQ可控的電源；如果逆變器選擇恒電壓控制方法與電壓源輸出模式，則二者等效為PV可控的電源。第二，大型光伏電站的交流一次系統(tǒng)沒有對交流一次系統(tǒng)進(jìn)行等效，參數(shù)主要依據(jù)典型的系統(tǒng)參數(shù)。光伏電站的等效模型主要包括PQ、PV可控的等效電源與交流一次系統(tǒng)。

二、大型光伏電站對無功電壓的控制策略

（一）光伏電站的無功電壓控制系統(tǒng)構(gòu)造

第一，無功電壓的兩種控制策略。區(qū)域AVC設(shè)定了功率因數(shù)值與PCC電壓，光伏電站依據(jù)AVC的設(shè)定值對無功電壓的控制系統(tǒng)進(jìn)行投入。同時，光伏電站需要收集功率因數(shù)與PCC電壓的測量值，按照事先的策略加以控制。第二，無功電壓的控制系統(tǒng)達(dá)成模式。一般分為遠(yuǎn)方、就地兩種控制形式。

（二）PQ電源式光伏電站無功電壓的控制策略

第一，控制目標(biāo)。PQ電源式光伏電站的接入電網(wǎng)通常會對功率因數(shù)與PCC電壓帶來一定的影響。因此，為了有效促進(jìn)功率因數(shù)為1與PCC電壓達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，并全面分析二者無法共同達(dá)到控制標(biāo)準(zhǔn)的情況，應(yīng)當(dāng)設(shè)定最佳及次優(yōu)的控制目標(biāo)。第二，控制手段。PQ電源式光伏電站的無功電壓控制一般包括兩種方法，即調(diào)節(jié)逆變器的功率因數(shù)與調(diào)節(jié)SVG的補(bǔ)償量。基于逆變器本身帶有很大的剩余無功容量，因此，無功補(bǔ)償?shù)臅r候需要優(yōu)先對逆變器加以調(diào)節(jié)，然后再調(diào)節(jié)SVG。因為變壓器主要以改變系統(tǒng)的無功功率具體的分布情況進(jìn)而達(dá)到對各個節(jié)點電壓的調(diào)節(jié)的目的。PQ可控電源的無功在設(shè)定以后不保持不變，變壓器沒有較大的調(diào)節(jié)效果，所以，PQ電源式光伏電站通常不選擇變壓器的調(diào)節(jié)形式。

第三，控制策略。應(yīng)用九區(qū)圖的控制方法，通過對無功電壓的控制設(shè)的控制，達(dá)到以上的控制目標(biāo)。PQ電源式光伏電站的無功電壓控制方法參見以下圖表：

關(guān)于PQ電源式無功電壓控制方法實施程序可以參見下圖所示：

（三）PV電源式光伏電站對無功電壓的控制策略

第一，控制目標(biāo)。PV電源式光伏電站的接入電網(wǎng)一般會對PCC電壓帶來影響，使其功率的因數(shù)很小。所以，功率因數(shù)的目標(biāo)值通常會稍有降低。第二，控制手段。PV電源式光伏電站控制無功電壓通常采用逆變器交流端電壓的調(diào)節(jié)、SVG的補(bǔ)償量調(diào)節(jié)、主變分接頭調(diào)節(jié)手段，具體操作的順序為逆變器、SVG、主變壓器。

（四）光伏電站無功電壓控制中注意事項

第一，PQ電源式光伏電站，若改變了逆變器的功率因數(shù)，讓其發(fā)出的無功抵消電站中系統(tǒng)的無功損耗，則無需再次投入SVG做無功補(bǔ)償；而PV電源式光伏電站中，控制前PCC的功率因數(shù)通常很低，其初始的測量數(shù)值集中在2、3、4、6、7、8區(qū)。

第二，PQ電源式光伏電站中，在對各個逆變器的功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)時，應(yīng)用等功率的因數(shù)準(zhǔn)則，即各逆變器的功率因數(shù)皆相等。PV電源式光伏電站在對逆變器的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)時，應(yīng)用等電壓的準(zhǔn)則，以降低系統(tǒng)的環(huán)流現(xiàn)象。

第三，當(dāng)功率因數(shù)與PCC電壓無法共同符合要求的時候，可相應(yīng)地降低功率因數(shù)，確保電壓合格。這種情況通常出現(xiàn)于晚上電力客戶負(fù)荷較大、光伏電站的有功出力較小的時段。

三、結(jié)語

按照PCC無功電壓的控制要求，對PQ電源式、PV電源式的光伏電站進(jìn)行研究，提出各種無功電壓的控制方法。通過相關(guān)的計算得知：光伏電站中的變壓器、電力線路的損耗可以對PCC處的電壓與功率因子造成影響，控制無功電壓過程中需要重視；同時，從充分利用裝置的視角分析，主變壓器、逆變器、SVG需要綜合性應(yīng)用，主要對逆變器進(jìn)行調(diào)節(jié)；本文提出的方法可以對PCC電壓進(jìn)行有效控制，有利于大型光伏電站中對無功電壓展開深入的研究。