光伏發電系統的無功補償控制策略研究

張欽智　楊夢寧

摘 要：光伏發電具有晝夜交替的周期性變化的特點，所以光伏發電站對于電網來說屬于多變性、沖擊性負載，會引起電網電壓的頻繁波動。 這無疑會極大的影響電網的平穩運行。因此有必要在光伏并網的控制中裝設無功補償設備。文中首先講述無功補償裝置的基本工作原理，又從設備的發展狀況上選取了SVG，最后對SVG的控制研究方案策略深入分析。

關鍵詞：光電并網系統;無功補償裝置;SVG;補償控制研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.134

1 無功補償原理特性

電氣設備中的流量不會轉換為其他可能存在的能量，而在系統網中和電氣設備里周期規律變動的電功率稱為無功功率。無功功率的存在，會給電網變壓器和電網輸電線路帶來線損，降低了電網的電能品質以及電網經濟運行能力。因此，電力系統的無功優化補寄補償是很重要的部分。電網中的無功功率主要來自非線性負載，電力換流器，旋轉電源等。由于存在電感及其他容性組件，非線性負載會產生大量無功輸出[1]。當系統流過電感區域后，壓降中的量會大于流動量90度;當流動量途經容性組件后，壓降量將落于電流90度。

當負荷以容性表示時，會流出功率成容性量，因此加入感性組件來消除其對立的無功輸出;當感性組件發出無功輸出時，并入的容性組件應吸收感應無功輸出。因此會有兩邊產生的無功輸出達到平衡，完成無功輸出補償的原理。

2 靜止無功發生裝置SVG

SVG表示為實時變動特性無功輸出控制裝置，其通過自換向IGBT轉換裝置發生并消耗無功出力。SVG的組成分為AC和DC部分，其中AC部分連接到電力系統。SVG首先通過轉換器將來自電力系統的AC電力轉換為DC能量存儲裝置。同時，轉換器將DC上的壓降和電流轉換為AC壓降并將其輸送到電力系統。橋式逆變器電路的AC側的電壓輸出的幅度和相位以及AC側的電流可以用作控制電路的控制量。通過調節DC電壓或AC電流，逆變工作裝置可以消耗或發射無功出力，即完成電感或電容實時動性無功出力補償[2]。

由于假設是完全不存在的，因此不思考由SVG連接到系統網的電抗裝置的損失，并且假設它不消耗來自系統網的有功出力。此時，通過變換和的大小和大小，可以操縱SVG從系統網消耗的電流I的角度和大小，從而調節從系統網消耗的無功出力。當它超過其限定值時，I超過壓降90度，并且SVG消耗容性無功出力;當其達不到限定值時，壓降超前電流90度，并且SVG消耗感應無功出力。

3 無功補償控制策略研究

3.1 本文SVG的選型依據

國家對光伏發電并網實時動性補償設備的規定是：電站應綜合考慮各種發電輸出水平以及各種運行條件下接入系統的穩態，瞬態和動態過程。必須裝設大量的實時動性無功補償設備，應答快速眼球不超過30毫秒。必須確保自動調節現場無功功率補償裝置的動態部分，以確保電容器和電抗器的分支能夠在緊急情況下自動切換。在光電并網系統裝設SVG時，最好思考SVG的使用要求。SVG自身的無功補償特性基于光電系統的需求無功補償大小。光電系統必須準確無誤的算出的無功功率消耗設備及其裝設的容性無功補償裝置。當光電系統的規定輸出為要求時，它該變為升壓換流器無功出力消耗，輸電網中無功出力消耗和通道充電容量之和。其裝設的感應無功補償大小應能夠供給所有輸電網的需求出力。

3.2 無功補償控制策略研究

SVG的整體的控制策略是先在檢測環節去檢測出大電網即時發出的信號，然后在控制環節中根據檢測的信號去控制逆變電路的通斷與補償大小，最后給驅動環節發出脈沖信號去觸發電路。檢測環節是通過感測器得到電網暫態的電壓電流而檢測電網的信號，再通過一系列的計算得到無功電流，去作為下一環節的輸入信號。在控制環節中，把檢測計算得到的無功電流信號與給定的參考值進行比較處理，最終得到觸發信號。驅動電路接收到驅動信號，觸發脈沖電路驅動功率器件，對電網進行無功補償。

本文分別是基本的光伏發電模型和加入了無功補償裝置SVG的模型，分別去進行模擬比較它們的不同。但為了更好的去觀察加入SVG的效果，我們則在帶有SVG的模型上設置在0-0.5秒時SVG不工作;0.5-1秒時SVG增發無功，進行無功補償;1-1.5秒時SVG又恢復不工作狀態;1.5-2秒SVG去吸收無功，在這些設定下進行仿真。

當光伏發電系統因外界因素條件發生變化時，其電網電壓是不穩定的，所以加入的無功補償裝置SVG就是來解決這種問題的。從結果可以看出，SVG可以完成無功補償任務，是無功補償設備的優化控制研究。

4 結論

傳統的光伏并網系統無功補償基本都是依靠光伏逆變器來實現，逆變器既要完成光伏系統直流交流的轉換。新的研究控制表現出SVG增發無功時，電網電壓因為SVG增發無功而比SVG不工作情況下的幅值要提高;SVG吸收無功時，則能明顯地看出電網電壓幅值要比SVG不工作情況下的會減小。清楚得到SVG在光伏發電系統中的作用。因此最后通過模擬實驗結果驗證了，帶有無功補償裝置的新型光伏并網系統不僅給大電網提供了電能，還能夠幫助大電網進行無功補償。

參考文獻：

[1]王多，陳良耳，陳仕彬，智勇，湯奕.大型光伏電站無功優化協調控制策略[J].沈陽工業大學學報，2018，40（04）：368-374.

[2]劉中原，王維慶，王海云，王海峰.并網型光伏系統無功電壓穩定性控制策略研究[J].電力電容器與無功補償，2017，38（06）：130-137.

作者簡介：張欽智（1995-），男，山東濟南人，碩士研究生，研究方向：配電網及其自動化、新能源發電技術。