光伏電站多并網(wǎng)逆變器無(wú)功電壓控制

張景軒

1 光伏電站電壓控制現(xiàn)狀

一般情況下，大型光伏電站為了滿足發(fā)電需求，往往建立在偏遠(yuǎn)地區(qū)，這主要是因?yàn)槠h(yuǎn)地區(qū)光照充足、無(wú)物體遮擋，適合建設(shè)規(guī)模較大的光伏電站。在這種情況下，光伏電能往往需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離的輸電線路接入電網(wǎng)，這就導(dǎo)致電網(wǎng)相對(duì)比較薄弱。對(duì)于光伏電站而言，其有功輸出與光照強(qiáng)度存在著較大程度上的關(guān)聯(lián)，一旦光照發(fā)生波動(dòng)，便會(huì)對(duì)光伏電站的有功輸出造成一定程度的影響，進(jìn)而影響到電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。目前，很多業(yè)內(nèi)人士對(duì)光伏電站的電壓控制進(jìn)行了研究與分析，并取得一定的效果。例如光伏電站如果采用定功率的控制方式，當(dāng)出現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)電壓越限的情況時(shí)，可以對(duì)光伏電站的有功輸出進(jìn)行一定程度的減少，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。同時(shí)，可以對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行一定程度上的利用，可以對(duì)光伏電站的電壓穩(wěn)定性進(jìn)行一定程度的提升，然而這種方式運(yùn)作成本較高，且對(duì)于技術(shù)有著較高的要求。除此之外，還可以通過(guò)靜止無(wú)功補(bǔ)償器對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的波動(dòng)進(jìn)行一定程度的抑制，從而達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。這種方式需要另外設(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置，會(huì)增加一定的系統(tǒng)成本。對(duì)于光伏逆變器而言，它在一定的條件之下可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)輸出有功功率和無(wú)功功率，因此光伏電站要想對(duì)電壓進(jìn)行有效的控制，就必須做好各個(gè)逆變器之間的協(xié)調(diào)工作，并在此基礎(chǔ)之上做出有效控制。就目前情況而言，現(xiàn)有的針對(duì)光伏電站電壓控制的相關(guān)策略都未對(duì)線路損耗最小優(yōu)化的問(wèn)題。

2 光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓分析

目前狀況下，具有較大規(guī)模的光伏電站主要采用分塊發(fā)電、集中并網(wǎng)的模式。以100 MW光伏發(fā)電項(xiàng)目為例，在這一項(xiàng)目之中，對(duì)100 MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了一定程度上的分解，分解成為光伏發(fā)電單元，共分為100個(gè)，每一個(gè)光伏發(fā)電單元為1 MW，在每一組光伏發(fā)電單元之中，又對(duì)升壓變壓器進(jìn)行了有效的配置。升壓變壓器對(duì)光伏發(fā)電單元進(jìn)行一定程度的升壓，直至達(dá)到35 kV，然后將其接入到母線中；接入母線之后，再由升壓站中的之的主變壓器進(jìn)行二次升壓，使其達(dá)到110 kV，并有效接入電網(wǎng)，最終形成并網(wǎng)發(fā)電。在這一過(guò)程之中，需要注意的是光伏電站中存在較多的光伏發(fā)電單元，且光伏發(fā)電單元之間的距離相對(duì)較遠(yuǎn)，在這種情況下需要對(duì)回集電線路進(jìn)行有效的利用，從而將電能進(jìn)行匯集，再接入到電網(wǎng)之中。在光伏電站中，如果光伏電站的有功輸出發(fā)生一定程度的變化時(shí)，就會(huì)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓造成相應(yīng)的影響，導(dǎo)致電壓波動(dòng)甚至越限情況。一般情況下，可以通過(guò)對(duì)光伏電站的無(wú)工輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓做出改善，同時(shí)也可以設(shè)置相應(yīng)的補(bǔ)償裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際運(yùn)行與操作的過(guò)程之中，應(yīng)該對(duì)逆變器進(jìn)行一定程度的使用，充分發(fā)揮其無(wú)功調(diào)節(jié)的能力，以此來(lái)對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定性進(jìn)行有效地提高，同時(shí)也可以減少了無(wú)功補(bǔ)償裝置的投入，節(jié)約了電網(wǎng)系統(tǒng)的成本。而對(duì)于光伏發(fā)電單元而言，其并網(wǎng)電壓主要受到3個(gè)因素的影響，分別是光伏發(fā)電單元自身的輸出功率、其他光伏發(fā)電單元的輸出功率以及并網(wǎng)點(diǎn)電壓。基于這一情況，可以對(duì)各個(gè)逆變器的無(wú)功輸出進(jìn)行一定程度的調(diào)節(jié)，從而達(dá)到調(diào)整與優(yōu)化站內(nèi)電壓的目的。

3 光伏電站無(wú)功電壓控制策略分析

要想實(shí)現(xiàn)光伏電站無(wú)功電壓的有效控制，就必須處理好無(wú)功補(bǔ)償裝置、光伏電站、站內(nèi)各個(gè)發(fā)電單元之間的關(guān)系，提高三者之間的協(xié)調(diào)性。首先，無(wú)功補(bǔ)償裝置的成本相對(duì)較高，如果在光伏電站中進(jìn)行配置，則會(huì)大大增加光伏電站的建設(shè)成本，從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，配置無(wú)功補(bǔ)償裝置的方式并不理想。基于這一方面的考慮，實(shí)現(xiàn)光伏電站無(wú)功電壓的有效控制，應(yīng)該重點(diǎn)從提高各個(gè)光伏發(fā)電單元之間的協(xié)調(diào)性方面著手。本文提出了一種基于光伏電站的無(wú)功控制策略，具體如下：依據(jù)光伏電站的等值電路結(jié)構(gòu)，將這一控制系統(tǒng)分為3層，然后分別在每一層之中對(duì)無(wú)功優(yōu)化控制進(jìn)行有效實(shí)現(xiàn)。

第一層主要是獲得總的無(wú)功電壓參考值，其運(yùn)行狀態(tài)如下：電網(wǎng)調(diào)度部門需要首先對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)的偏差情況進(jìn)行一定程度上的判斷，如果判斷光伏電站正常運(yùn)行，需要在充分結(jié)合調(diào)度要求的基礎(chǔ)之上對(duì)無(wú)功控制模式進(jìn)行有效的選擇，主要有三種無(wú)功控制模式：①功率因數(shù)控制模式，在這一控制模式之下，光伏電站不提供無(wú)功支撐，主要是為了保證光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益；②定無(wú)功控制模式：在定無(wú)功控制模式之下，光伏電站會(huì)對(duì)無(wú)功支撐進(jìn)行一定程度地提供，且在提供過(guò)程中會(huì)充分參考系統(tǒng)調(diào)度計(jì)劃，因此在這一模式之下的輸出的無(wú)功功率主要是由調(diào)度計(jì)劃來(lái)決定；③電壓控制模式：一旦光伏電站進(jìn)入了電壓控制模式，則可以斷定出現(xiàn)了2種狀況：第一，光伏電站接入地區(qū)無(wú)功不足；第二，光伏電站接入地區(qū)無(wú)功響應(yīng)慢。

在控制系統(tǒng)的第二層，主要是按照如下的無(wú)功分配原則進(jìn)行：首先保證光伏電站發(fā)出的總無(wú)功功率確定，然后在此基礎(chǔ)之上，將無(wú)功功率在回集電線路上進(jìn)行再次分配，通過(guò)這一方法可以對(duì)有功損耗進(jìn)行有效地減少。在這一層，無(wú)功分配主要采用基于線路損耗最小的無(wú)功優(yōu)化分配策略為各集電線路的光伏發(fā)電單元分配無(wú)功功率。除此之外，集電線路的發(fā)電單元在容量上無(wú)法做出進(jìn)一步的優(yōu)化，因而受到一定程度的限制，在這種情況之下如果以無(wú)功優(yōu)化系數(shù)的方式對(duì)其進(jìn)行分配，便很有可能出現(xiàn)容量無(wú)法承載無(wú)功功率的現(xiàn)象。針對(duì)這一情況，采取的措施主要是：這一集電線路發(fā)電單元發(fā)出最大無(wú)功，而剩余的集電線路發(fā)電單元中則重新按照無(wú)功優(yōu)化系數(shù)進(jìn)行合理的分配，一方面可以保證不越限，另一方面也可以最大限度地對(duì)無(wú)功分配進(jìn)行有效的優(yōu)化。

在控制系統(tǒng)的第三層，為了對(duì)線路損耗進(jìn)行一定程度的減少，同時(shí)也是為了避免每回集電線路上逆變器無(wú)功出力越限，可以按照如下的原則進(jìn)行無(wú)功分配：如果無(wú)功給定值大于零，且無(wú)功給定值在無(wú)功參考值的上限值之內(nèi)，則全部由發(fā)電單元承擔(dān)；如果無(wú)功給定值大于零，且無(wú)功給定值在無(wú)功參考值的上限值之上，則發(fā)電單元輸出最大無(wú)功指令，剩下的無(wú)功值則由其他發(fā)電單元承擔(dān)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文主要針對(duì)光伏電站多并網(wǎng)逆變器無(wú)功電壓控制進(jìn)行研究與分析。首先對(duì)光伏電站電壓控制現(xiàn)狀進(jìn)行了一定程度上的闡述，指出了當(dāng)前處理光伏電站電壓穩(wěn)定性的各種方式，說(shuō)明這些處理方式在經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)要求等方面的不足與弊端，然后對(duì)光伏電站的結(jié)構(gòu)及并網(wǎng)點(diǎn)與光伏發(fā)電單元的電壓情況進(jìn)行了介紹。最后在這一基礎(chǔ)之上提出了一種基于光伏電站的三層無(wú)功控制策略，并對(duì)每一層的具體分配與運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了分析。綜上所述，通過(guò)對(duì)各個(gè)光伏逆變器發(fā)出的無(wú)功功率進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)與控制，能夠?qū)Σ⒕W(wǎng)點(diǎn)電壓的穩(wěn)定性進(jìn)行一定程度的保證，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的損耗進(jìn)行了有效降低，節(jié)約光伏電站的發(fā)電成本。