大型光伏電站無功電壓控制策略

1、大型光伏電站無功電壓控制策略 大型光伏電站無功電壓控制策略周 林 邵念彬（重慶大學(xué) 輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400030）摘要:對(duì)于大型光伏電站有功出力的波動(dòng)不僅會(huì)造成并網(wǎng)點(diǎn)電壓越限也會(huì)造成電站內(nèi)部局部電壓過高導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作使得逆變器脫網(wǎng)。 分析了光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓及站內(nèi)各光伏發(fā)電單元并網(wǎng)電壓的影響因素提出了一種考慮站內(nèi)電壓分布的大型光伏電站無功電壓控制策略。 該控制方法通過實(shí)時(shí)檢測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電壓與參考值比較，并通過

2、PI 控制器自動(dòng)獲取維持并網(wǎng)點(diǎn)電壓所需的無功需求量實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)逆變器的無功輸出實(shí)現(xiàn)站內(nèi)電壓均勻分布。應(yīng)用靈敏度的分析方法表示無功與電壓間的關(guān)系給出了PI 控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)過程并將以站內(nèi)電壓均勻分布為目標(biāo)的無功優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為可以快速準(zhǔn)確求解的帶約束條件的非線性規(guī)劃模型， 對(duì)該模型進(jìn)行求解計(jì)算出無功補(bǔ)償裝置及各組光伏發(fā)電單元的無功參考量在保證并網(wǎng)點(diǎn)電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上改善站內(nèi)電壓分布保證光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)行。 最后通過仿真

3、計(jì)算驗(yàn)證了該控制策略的正確性和可行性。關(guān)鍵詞：光伏；發(fā)電；大型光伏電站；電壓波動(dòng)；無功控制；電壓控制；靈敏度；電壓分布中圖分類號(hào)：TM 615 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10.16081／j.issn.1006－6047.2016.04.0180 引言 引言近年來隨著光伏產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展， 系統(tǒng)成本不斷降低， 光伏并網(wǎng)技術(shù)逐漸成熟， 建設(shè)大型并網(wǎng)光伏電站成為大規(guī)模利用太陽(yáng)能的有效方式［1］。不同于分布式光伏發(fā)電，大型光伏電站多建立在荒漠地區(qū)，

4、當(dāng)?shù)刎?fù)荷水平較低， 所接入地區(qū)電網(wǎng)的短路容量較小， 大量的光伏電力需要高壓長(zhǎng)距離輸電線路外送［2-3］。由于光伏發(fā)電受光照影響較大，光照的波動(dòng)會(huì)引起有功輸出的波動(dòng)，從而導(dǎo)致并網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)甚至越限［4］，因此大型光伏電站必須具備無功電壓控制能力［5］。目前針對(duì)光伏電站電壓控制的研究多集中在分布式發(fā)電領(lǐng)域。 分布式光伏發(fā)電的調(diào)壓方式主要有利用儲(chǔ)能裝置［6 - 7］、無功補(bǔ)償裝置、逆變器無功功率控制［8］。儲(chǔ)能裝置可以平抑有功波動(dòng)但會(huì)增加系統(tǒng)

5、成本， 且控制復(fù)雜； 無功補(bǔ)償裝置調(diào)壓忽略了逆變器的無功輸出能力； 逆變器無功功率控制主要針對(duì)本地負(fù)載的無功補(bǔ)償， 不能實(shí)現(xiàn)光伏電站的無功獨(dú)立控制。此外， 德國(guó)電氣工程師協(xié)會(huì)提出了適用于分布式光伏發(fā)電的4 種無功控制策略： 恒無功功率Q 控制、恒功率因數(shù) cos φ 控制、基于光伏有功出力的 cosφ （P）控制及基于并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值的 Q（U）控制策略［9］。但這 4 種控制策略僅針對(duì)單臺(tái)逆變器，并不適用于大型光伏電站。不同于分布式光伏

6、發(fā)電， 大型光伏電站內(nèi)部無功源包括逆變器和無功補(bǔ)償裝置， 因此大型光伏電站的無功電壓控制必然涉及逆變器與無功補(bǔ)償裝置以及各逆變器的協(xié)調(diào)控制。 文獻(xiàn)［10］提出了以并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及并網(wǎng)點(diǎn)功率因數(shù)為控制目標(biāo)的控制策略；文獻(xiàn)［ 11］將大型光伏電站內(nèi)部的無功源分為 3 層， 提出了 3 層無功控制策略。 但以上文獻(xiàn)都只針對(duì)并網(wǎng)點(diǎn)電壓進(jìn)行控制，未研究電站內(nèi)部的電壓分布情況。大型光伏電站通常由多組光伏發(fā)電單元 PVGU（PV Generation