光伏逆变器无功功率特性研究

乔积勇李玉

（国家太阳能光伏产品质量监督检验中心江苏省无锡市214028）

摘要：我国的太阳能使用程度是新能源使用率中较高的一部分，而光伏电站无功调节能力在太阳能转化中有着到重要作用。针对其无功调节能力进行分析，发现光伏逆变器的无功功率特性是光伏电站具有无功调节能力的重要原因。从分析数据可以看出：光伏逆变器在光伏电站中的应用，能够降低无功补偿设备的消耗，在创造系统无功环境的情况下，还提高了太阳能的转化率，使资源得到有效利用。

关键词：光伏逆变器；太阳能；无功功率

在世界范围内的能源资源中，太阳能是最丰富的，由于太阳能来自于太阳光照，所以太阳能推行于全世界各国各地区是可行的。［1］对于我国而言，宁夏的太阳能资源处于全国前列，其太阳能年辐射总量大概是5000~6250MJ/m2，年日照时长大致是2250~3100h，日照率高达50%~69%。其中银川北部地区是全国太阳辐射强度图中的红色区域，而红色代表太阳辐射很大。由于有着得天独厚的自然条件优势，再度提高太阳辐射资源到电能的转化效率，宁夏地区推进其开发力度，设置了一系列的设施设备，其中发电总装机容量、光伏电站装机容量和总装机容量处于全国领先水平。同时，宁夏的对太阳能的开发还一直在拓展中。

不过太阳能的大范围开发使其技术要求显著提高，当大面积光伏电站接入电网时，光伏电站如果没有相当程度的无功备用容量，就无法给电网提供充足的应急无功支持。除此之外，如果在实际运行中，电网出现故障，相关设备能够及时切换为无功状态，快速排除故障并加快节点电压的恢复速度，使太阳能转化系统处于稳定运行的状态。因此SVG在其中的作用非常之大，而新的研究者表明，逆变器群也同样可以发挥相关功能，而这一理论还需进一步的验证。

一、光伏逆变器的使用现状和相关问题

大多数的光伏电站有着相似的安装方式，而目前使用较多的是SVG。而SVG突出特点是对光伏电站的输出端的功率进行控制，其主要原理是缩小电压的偏差，使其在既定范围内波动，所以更多的电站会去选用SVG，而光伏逆变器群得不到充足的重视。与SVG对比而言，SVG是大多数光伏电站使用的产品，其技术在使用中达到了相对成熟的状态，相关性能均达到了国家的相关标准。［2］而光伏逆变器群尽管有着很大的利用价值，却很少被利用在无功功率的调节中，所以其实际技术还不够成熟，同时缺乏足够的系统性检验，缺少相关数据证明其性能符合标准，也缺乏足够的证据表明光伏逆变器同样可以发挥SVG具有的相关性能。所以当前最需要解决的问题是找到合适的试验方法去证明光伏逆变器群同样具有SVG的相关性能。

二、研究光伏逆变器调节无功功率性能

（一）光伏逆变器无功功率输出原理

1、光伏逆变器参数

在试验过程中，要给各设备定一个固定的合理参数。而本次试验中，光伏逆变器型号选用了100台阳光电源逆变器SGB10KTL，其额定功率是550kW/台，使用过程中的交流、直流侧额定电压分别是250V、850V。

2、无功功率输出原理

由于现有的大量数据已研究了光伏逆变器的并网原理，这一原理表明除了无功补偿装置，计算其中的无功功率即把各逆变器的无功功率相加。假设在特定的环境下只设置一个变量，其他量为已知值，那么可以计算出使用过程中的无功功率。同时因为有功调节和无功调节的控制结构是解耦式，所以当仿真测试时，其数据结果不会因具体的设计漏洞而存在偏差。

通过数据计算，设定相应的变量为固定值，而未知量只有逆变器的无功功率，通过公式的代入计算即可得出其具体值。

（二）仿真实测光伏逆变器的无功功率

1、设定测试条件和设备

由于是仿真测试，所以一切的条件都处于一个最理想的状态，忽略实际应用中可能存在的误差和设备故障。由于是对光伏逆变器效能的测试，所以要保证其他测试运作系统中不要出现其他同功能的设施。设备开始运作时，设置相关仪器进行实时记录。

2、测试点布置

设置1台测试设备连接至35kV母线输出开关位置，以便记录光伏电站中的无功和电压控制系统的反映时间。在314线路输入开关位置安装另一台设备，以便记录光伏电站的动态无功反映时间。

（二）分析测试结果

1、光伏逆变器恒电压状态中的电压调节精确度

相关国家数据标准表明，试验期间的并网点电压应不低于35.5KV，不高于37KV。表1数据显示，在对于光伏逆变器的试验过程中，并网点电压的各实际值误差均在此范围之内，达到了国家关于电压调节精确度的标准。

2、光伏逆变器恒无功状态中的无功调节精确度

相关国家数据标准表明，试验期间保证并网点应不低于35.5KV，不高于37KV。表2数据显示，并网点恒电无功状态下的无功调节功率误差均在相关范围内，达到国家关于无功调节精确度的标准，具有良好的调压能力。

三、结论

在太阳能的大范围开发的形势下，对其无功调节技术要求显著提高，对于电压稳定性的要求有一个更高的标准，而本文通过仿真实验研究光伏逆变器的相关特性，测试了光伏逆变器恒电压状态中的电压调节精确度、恒无功状态中的无功调节精确度和输出反应时间，其中的数据表明逆变器足以达到国家的相关数据标准。同时使用光伏逆变器大大提高了太阳能的转化率，同时减少了电能的消耗量，对比传统无功功率调节设备，光伏逆变器具有更强的经济效益优势。

参考文献：

[1]尹忠东，朱永强．《可再生能源发电技术》［M］．北京：中国水利水电出版社，2010

[2]GB/T19964—2012，《光伏发电站接入电力系统技术规定》［S］.