光伏發(fā)電系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償控制策略研究

張欽智　楊夢(mèng)寧

摘 要：光伏發(fā)電具有晝夜交替的周期性變化的特點(diǎn)，所以光伏發(fā)電站對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)屬于多變性、沖擊性負(fù)載，會(huì)引起電網(wǎng)電壓的頻繁波動(dòng)。 這無(wú)疑會(huì)極大的影響電網(wǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行。因此有必要在光伏并網(wǎng)的控制中裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。文中首先講述無(wú)功補(bǔ)償裝置的基本工作原理，又從設(shè)備的發(fā)展?fàn)顩r上選取了SVG，最后對(duì)SVG的控制研究方案策略深入分析。

關(guān)鍵詞：光電并網(wǎng)系統(tǒng);無(wú)功補(bǔ)償裝置;SVG;補(bǔ)償控制研究

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

1 無(wú)功補(bǔ)償原理特性

電氣設(shè)備中的流量不會(huì)轉(zhuǎn)換為其他可能存在的能量，而在系統(tǒng)網(wǎng)中和電氣設(shè)備里周期規(guī)律變動(dòng)的電功率稱為無(wú)功功率。無(wú)功功率的存在，會(huì)給電網(wǎng)變壓器和電網(wǎng)輸電線路帶來(lái)線損，降低了電網(wǎng)的電能品質(zhì)以及電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行能力。因此，電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)寄補(bǔ)償是很重要的部分。電網(wǎng)中的無(wú)功功率主要來(lái)自非線性負(fù)載，電力換流器，旋轉(zhuǎn)電源等。由于存在電感及其他容性組件，非線性負(fù)載會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)功輸出[1]。當(dāng)系統(tǒng)流過(guò)電感區(qū)域后，壓降中的量會(huì)大于流動(dòng)量90度;當(dāng)流動(dòng)量途經(jīng)容性組件后，壓降量將落于電流90度。

當(dāng)負(fù)荷以容性表示時(shí)，會(huì)流出功率成容性量，因此加入感性組件來(lái)消除其對(duì)立的無(wú)功輸出;當(dāng)感性組件發(fā)出無(wú)功輸出時(shí)，并入的容性組件應(yīng)吸收感應(yīng)無(wú)功輸出。因此會(huì)有兩邊產(chǎn)生的無(wú)功輸出達(dá)到平衡，完成無(wú)功輸出補(bǔ)償?shù)脑怼?/p>

2 靜止無(wú)功發(fā)生裝置SVG

SVG表示為實(shí)時(shí)變動(dòng)特性無(wú)功輸出控制裝置，其通過(guò)自換向IGBT轉(zhuǎn)換裝置發(fā)生并消耗無(wú)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(tǒng)。SVG首先通過(guò)轉(zhuǎn)換器將來(lái)自電力系統(tǒng)的AC電力轉(zhuǎn)換為DC能量存儲(chǔ)裝置。同時(shí)，轉(zhuǎn)換器將DC上的壓降和電流轉(zhuǎn)換為AC壓降并將其輸送到電力系統(tǒng)。橋式逆變器電路的AC側(cè)的電壓輸出的幅度和相位以及AC側(cè)的電流可以用作控制電路的控制量。通過(guò)調(diào)節(jié)DC電壓或AC電流，逆變工作裝置可以消耗或發(fā)射無(wú)功出力，即完成電感或電容實(shí)時(shí)動(dòng)性無(wú)功出力補(bǔ)償[2]。

由于假設(shè)是完全不存在的，因此不思考由SVG連接到系統(tǒng)網(wǎng)的電抗裝置的損失，并且假設(shè)它不消耗來(lái)自系統(tǒng)網(wǎng)的有功出力。此時(shí)，通過(guò)變換和的大小和大小，可以操縱SVG從系統(tǒng)網(wǎng)消耗的電流I的角度和大小，從而調(diào)節(jié)從系統(tǒng)網(wǎng)消耗的無(wú)功出力。當(dāng)它超過(guò)其限定值時(shí)，I超過(guò)壓降90度，并且SVG消耗容性無(wú)功出力;當(dāng)其達(dá)不到限定值時(shí)，壓降超前電流90度，并且SVG消耗感應(yīng)無(wú)功出力。

3 無(wú)功補(bǔ)償控制策略研究

3.1 本文SVG的選型依據(jù)

國(guó)家對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)性補(bǔ)償設(shè)備的規(guī)定是：電站應(yīng)綜合考慮各種發(fā)電輸出水平以及各種運(yùn)行條件下接入系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，瞬態(tài)和動(dòng)態(tài)過(guò)程。必須裝設(shè)大量的實(shí)時(shí)動(dòng)性無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，應(yīng)答快速眼球不超過(guò)30毫秒。必須確保自動(dòng)調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)功功率補(bǔ)償裝置的動(dòng)態(tài)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(dòng)切換。在光電并網(wǎng)系統(tǒng)裝設(shè)SVG時(shí)，最好思考SVG的使用要求。SVG自身的無(wú)功補(bǔ)償特性基于光電系統(tǒng)的需求無(wú)功補(bǔ)償大小。光電系統(tǒng)必須準(zhǔn)確無(wú)誤的算出的無(wú)功功率消耗設(shè)備及其裝設(shè)的容性無(wú)功補(bǔ)償裝置。當(dāng)光電系統(tǒng)的規(guī)定輸出為要求時(shí)，它該變?yōu)樯龎簱Q流器無(wú)功出力消耗，輸電網(wǎng)中無(wú)功出力消耗和通道充電容量之和。其裝設(shè)的感應(yīng)無(wú)功補(bǔ)償大小應(yīng)能夠供給所有輸電網(wǎng)的需求出力。

3.2 無(wú)功補(bǔ)償控制策略研究

SVG的整體的控制策略是先在檢測(cè)環(huán)節(jié)去檢測(cè)出大電網(wǎng)即時(shí)發(fā)出的信號(hào)，然后在控制環(huán)節(jié)中根據(jù)檢測(cè)的信號(hào)去控制逆變電路的通斷與補(bǔ)償大小，最后給驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)發(fā)出脈沖信號(hào)去觸發(fā)電路。檢測(cè)環(huán)節(jié)是通過(guò)感測(cè)器得到電網(wǎng)暫態(tài)的電壓電流而檢測(cè)電網(wǎng)的信號(hào)，再通過(guò)一系列的計(jì)算得到無(wú)功電流，去作為下一環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)。在控制環(huán)節(jié)中，把檢測(cè)計(jì)算得到的無(wú)功電流信號(hào)與給定的參考值進(jìn)行比較處理，最終得到觸發(fā)信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路接收到驅(qū)動(dòng)信號(hào)，觸發(fā)脈沖電路驅(qū)動(dòng)功率器件，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

本文分別是基本的光伏發(fā)電模型和加入了無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG的模型，分別去進(jìn)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(shè)置在0-0.5秒時(shí)SVG不工作;0.5-1秒時(shí)SVG增發(fā)無(wú)功，進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償;1-1.5秒時(shí)SVG又恢復(fù)不工作狀態(tài);1.5-2秒SVG去吸收無(wú)功，在這些設(shè)定下進(jìn)行仿真。

當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)因外界因素條件發(fā)生變化時(shí)，其電網(wǎng)電壓是不穩(wěn)定的，所以加入的無(wú)功補(bǔ)償裝置SVG就是來(lái)解決這種問(wèn)題的。從結(jié)果可以看出，SVG可以完成無(wú)功補(bǔ)償任務(wù)，是無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的優(yōu)化控制研究。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償基本都是依靠光伏逆變器來(lái)實(shí)現(xiàn)，逆變器既要完成光伏系統(tǒng)直流交流的轉(zhuǎn)換。新的研究控制表現(xiàn)出SVG增發(fā)無(wú)功時(shí)，電網(wǎng)電壓因?yàn)镾VG增發(fā)無(wú)功而比SVG不工作情況下的幅值要提高;SVG吸收無(wú)功時(shí)，則能明顯地看出電網(wǎng)電壓幅值要比SVG不工作情況下的會(huì)減小。清楚得到SVG在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的作用。因此最后通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了，帶有無(wú)功補(bǔ)償裝置的新型光伏并網(wǎng)系統(tǒng)不僅給大電網(wǎng)提供了電能，還能夠幫助大電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。

參考文獻(xiàn)：

[1]王多，陳良耳，陳仕彬，智勇，湯奕.大型光伏電站無(wú)功優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略[J].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，40（04）：368-374.

[2]劉中原，王維慶，王海云，王海峰.并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)無(wú)功電壓穩(wěn)定性控制策略研究[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償，2017，38（06）：130-137.

作者簡(jiǎn)介：張欽智（1995-），男，山東濟(jì)南人，碩士研究生，研究方向：配電網(wǎng)及其自動(dòng)化、新能源發(fā)電技術(shù)。