光伏电站无功电压控制研究

黑文智

(中国水电顾问集团双柏开发有限公司云南省楚雄州675103)

摘要：文章对小型独立光伏发电站和大型光伏电站的工作原理进行了介绍，并提出了无功电压控制方案以及其中需要的常见设备，最后对无功电压控制的控制过程进行了分析研究。

关键词：光伏电站；无功电压；光伏逆变器

1引言

随着光伏系统成本的不断降低及光伏并网技术的成熟，光伏发电越来越受到国际社会的青睐。光伏电站一般建立在太阳能资源充沛的边远地区，能够集中地利用太阳能，且易于控制和管理并联逆变器。但是，随着光伏发电在电网电源中的比例不断增大，光伏电能需要远距离输送到负荷中心，光伏系统对电网电压稳定性产生不利影响。随着越来越多大规模光伏电站接入电网，造成的无功电压问题越来越严重。本文提出一种光伏电站并网的无功电压控制策略，实现对整个光伏电站的动态无功调节，维持并网点局部电压稳定。

2大型光伏电站原理

2.1小型独立光伏发电系统的结构及工作原理

（1）结构

通过太阳能电池将太阳辐射能转换为电能的发电系统称为太阳能光伏发电系统。尽管太阳能光伏发电系统应用样式多种多样，应用规模跨度也很大，但太阳能光伏发电系统的组成结构和工作原理基本相同。其主要结构由太阳能电池组件（或方阵）、蓄电池（组）、光伏控制器以及一些测试、监控、防护等附属设施构成。

图1小型独立型太阳能光伏发电系统工作原理

（2）工作原理

太阳能电池方阵吸收太阳光并将其转化成电能后，在防反充二极管的控制下为蓄电池组充电。直流或交流负载通过开关与控制器连接。控制器负责保护蓄电池，防止出现过充或过放电状态，即在蓄电池达到一定的放电深度时，控制器将自动切断负载，当蓄电池达到过充电状态时，控制器将自动切断充电电路。有的控制器能够显示独立光伏发电系统的充放电状态，并能贮存必要的数据，甚至还具有遥测、遥信和遥控的功能。在交流光伏发电系统中，DC-AC逆变器将蓄电池组提供的直流电变成能满足交流负载需要的交流电。

2.2大型光伏电站原理

大型光伏电站多采用逆变器并联集中并网，通过升压站变压器实现高压交流输电。以某光伏发电项目为例，其拓扑结构如图2所示。图中Ui（i=1，2，…，n）表示第i组PVGU升压变压器低压侧电压；UPOI表示主变压器高压侧（并网点）电压；U表示电网电压。无功补偿装置装设在主变压器低压侧。

图2光伏电站拓扑结构示意图

该光伏电站由多组PVGU并联组成。光伏发电单元将直流电能逆变为270V交流电，为降低电站内部损耗，每组PVGU配置1台0.27kV／10kV升压变压器（Ti）。由于光伏阵列占地面积较大，各组PVG之间距离较远，需要m回集电线路（每回集电线路串联l组光伏发电单元）将电能汇集，接入主变器（T）低压侧，由主变器将电能集中升压至110kV，通过送出线路输送至电网。每组PVGU由2台500kW逆变器并联组成。逆变器采用单级结构，光伏阵列将太阳能转化为直流电能，通过直流侧电容接入逆变器，再经由LCL滤波器接入升压变压器低压侧。每台并网逆变器均采用相同的结构、参数和控制策略，当一台并网逆变器出现故障时，不影响剩余各组的工作。

3无功电压控制方案及常见调节设备

3.1无功电压控制方案

大中型光伏电站应配置无功电压控制系统，具备无功功率及电压控制能力。光伏电站自动调节其发出（吸收）的无功功率，控制光伏电站并网点电压在正常运行范围内。目前，大型并网光伏电站通常采用单位功率因数控制，这种控制方式不参与电网的无功功率调节，因此没有充分发挥光伏逆变器的无功调节功能，造成光伏逆变器无功的大量闲置。

光伏电站无功电压控制策略过程：①光伏电站无功需求整定；②光伏电站无功协调控制器协调控制各个无功电压设备。光伏电站无功需求整定模块通过并网点电压实测值计算出光伏电站无功目标值；光伏电站无功协调控制器模块将无功目标值以一定分配策略按照光伏逆变器、SVC、电容电抗器以及OLTC分接头位置顺序协调控制光伏电站各个无功电压调节设备的无功出力、投入量以及分接头位置实现光伏电站的无功电压闭环控制。

3.2常见调节设备

大量研究表明通过控制电网中的无功功率可以对电网电压进行调整。光伏电站的无功电压调节设备有光伏逆变器、SVC、电容器以及电抗器。当电网无功功率充足时，还可以通过调节OLTC分接头来调节电压。

4光伏电站无功电压控制过程

4.1具体实现步骤

(1)通过安装在并网点的电流、电压互感器分别测得并网点的电流和电压Imea、Umea，并与参考电压值Uref比较可得电压偏差：

5结语

随着光伏电站的大规模并网，电网无功电压控制的难度也随之大大增加。通过分析研究，本文提出的无功电压控制策略，符合实际需要，而且简单、实用，完全可在实际的光伏电站内应用，对光伏电站发电的规划、发展有重要的实际意义。

参考文献：

[1]周林,任伟,廖波,等.并网型光伏电站无功电压控制[J].电工技术学报,2015,30(20):168-175.

[2]周林,邵念彬.大型光伏电站无功电压控制策略[J].电力自动化设备,2016,36(4):116-122.

[3]宋志杰,田凤旭.光伏电站无功电压控制策略的研究[J].城市建设理论研究:电子版,2014(36).