光伏電站多并網(wǎng)逆變器無功電壓控制

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，往往建立在偏遠地區(qū)，這主要是因為偏遠地區(qū)光照充足、無物體遮擋，適合建設規(guī)模較大的光伏電站。在這種情況下，光伏電能往往需要進行遠距離的輸電線路接入電網(wǎng)，這就導致電網(wǎng)相對比較薄弱。對于光伏電站而言，其有功輸出與光照強度存在著較大程度上的關(guān)聯(lián)，一旦光照發(fā)生波動，便會對光伏電站的有功輸出造成一定程度的影響，進而影響到電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。目前，很多業(yè)內(nèi)人士對光伏電站的電壓控制進行了研究與分析，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，當出現(xiàn)并網(wǎng)點電壓越限的情況時，可以對光伏電站的有功輸出進行一定程度的減少，從而達到穩(wěn)定電壓的目的。同時，可以對儲能裝置進行一定程度上的利用，可以對光伏電站的電壓穩(wěn)定性進行一定程度的提升，然而這種方式運作成本較高，且對于技術(shù)有著較高的要求。除此之外，還可以通過靜止無功補償器對并網(wǎng)點電壓的波動進行一定程度的抑制，從而達到穩(wěn)定電壓的目的。這種方式需要另外設置無功補償裝置，會增加一定的系統(tǒng)成本。對于光伏逆變器而言，它在一定的條件之下可以實現(xiàn)同時輸出有功功率和無功功率，因此光伏電站要想對電壓進行有效的控制，就必須做好各個逆變器之間的協(xié)調(diào)工作，并在此基礎之上做出有效控制。就目前情況而言，現(xiàn)有的針對光伏電站電壓控制的相關(guān)策略都未對線路損耗最小優(yōu)化的問題。

2 光伏電站并網(wǎng)點電壓分析

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)電項目為例，在這一項目之中，對100 MW的光伏發(fā)電系統(tǒng)進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，每一個光伏發(fā)電單元為1 MW，在每一組光伏發(fā)電單元之中，又對升壓變壓器進行了有效的配置。升壓變壓器對光伏發(fā)電單元進行一定程度的升壓，直至達到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行二次升壓，使其達到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較遠，在這種情況下需要對回集電線路進行有效的利用，從而將電能進行匯集，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，就會對并網(wǎng)點電壓造成相應的影響，導致電壓波動甚至越限情況。一般情況下，可以通過對光伏電站的無工輸出進行調(diào)節(jié)來對并網(wǎng)點電壓做出改善，同時也可以設置相應的補償裝置來實現(xiàn)。在實際運行與操作的過程之中，應該對逆變器進行一定程度的使用，充分發(fā)揮其無功調(diào)節(jié)的能力，以此來對并網(wǎng)點的電壓穩(wěn)定性進行有效地提高，同時也可以減少了無功補償裝置的投入，節(jié)約了電網(wǎng)系統(tǒng)的成本。而對于光伏發(fā)電單元而言，其并網(wǎng)電壓主要受到3個因素的影響，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)點電壓?；谶@一情況，可以對各個逆變器的無功輸出進行一定程度的調(diào)節(jié)，從而達到調(diào)整與優(yōu)化站內(nèi)電壓的目的。

3 光伏電站無功電壓控制策略分析

要想實現(xiàn)光伏電站無功電壓的有效控制，就必須處理好無功補償裝置、光伏電站、站內(nèi)各個發(fā)電單元之間的關(guān)系，提高三者之間的協(xié)調(diào)性。首先，無功補償裝置的成本相對較高，如果在光伏電站中進行配置，則會大大增加光伏電站的建設成本，從經(jīng)濟性角度出發(fā)，配置無功補償裝置的方式并不理想?；谶@一方面的考慮，實現(xiàn)光伏電站無功電壓的有效控制，應該重點從提高各個光伏發(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無功優(yōu)化控制進行有效實現(xiàn)。

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

在控制系統(tǒng)的第二層，主要是按照如下的無功分配原則進行：首先保證光伏電站發(fā)出的總無功功率確定，然后在此基礎之上，將無功功率在回集電線路上進行再次分配，通過這一方法可以對有功損耗進行有效地減少。在這一層，無功分配主要采用基于線路損耗最小的無功優(yōu)化分配策略為各集電線路的光伏發(fā)電單元分配無功功率。除此之外，集電線路的發(fā)電單元在容量上無法做出進一步的優(yōu)化，因而受到一定程度的限制，在這種情況之下如果以無功優(yōu)化系數(shù)的方式對其進行分配，便很有可能出現(xiàn)容量無法承載無功功率的現(xiàn)象。針對這一情況，采取的措施主要是：這一集電線路發(fā)電單元發(fā)出最大無功，而剩余的集電線路發(fā)電單元中則重新按照無功優(yōu)化系數(shù)進行合理的分配，一方面可以保證不越限，另一方面也可以最大限度地對無功分配進行有效的優(yōu)化。

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

4 結(jié)語

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