關于大型光伏電站無功電壓控制研究

卓越 向盼

摘 要：大型的光伏電站在輸電端進行并網期間，會對電網的潮流及其分布情況帶來一定的影響，同時引起了電網中各個節點電壓的波動。為了使得光伏電站的并網滿足公共連接點（PCC）無功電壓的控制要求，通過研究九區圖的原理，以功率因數與PCC電壓皆合格作為最終的控制目的，對PQ電源式與PV電源式大規模的光伏電站提供了無功電壓的控制方法。建立了相應的等效模型，達到了良好的效果。本文闡述了大型光伏電站的模型建立，分析了大型光伏電站對無功電壓的控制策略。

關鍵詞：大型光伏電站；無功電壓；控制策略

本文主要把逆變器與光伏陣列等效為PV（PQ）的可控制等效電源，對包括匯集線路、變壓器、送出線路的大規模光伏電站展開了建模；分別針對PQ、PV電源式的光伏電站，提供了以功率因數與電壓為控制目的的無功電壓的控制方法；分析了各個時刻的電站負荷與出力的變化情況。提出了光伏電站無功電壓控制中需要注意的問題，以下就相關問題展開詳細論述。

一、大型光伏電站的模型建立

（一）大型光伏電站的并網系統構造

并網的光伏電站一般包括很多成分，主要由匯集線路分別接入逆變器、光伏陣列、升壓的變壓器，到相應的并網點（即POI），然后，通過傳輸線路接到PCC。并網以后的電壓其測量點可以選擇PCC或者POI，本文主要將PCC作為無功電壓的控制點。具體參見圖1所示：

（二）光伏電站的等效模型

第一，逆變器與光伏陣列的等效模型。按照具體的潮流計算標準，如果逆變器選擇了恒功率控制方法或者電流源的輸出模式，則二者將等效為PQ可控的電源；如果逆變器選擇恒電壓控制方法與電壓源輸出模式，則二者等效為PV可控的電源。第二，大型光伏電站的交流一次系統沒有對交流一次系統進行等效，參數主要依據典型的系統參數。光伏電站的等效模型主要包括PQ、PV可控的等效電源與交流一次系統。

二、大型光伏電站對無功電壓的控制策略

（一）光伏電站的無功電壓控制系統構造

第一，無功電壓的兩種控制策略。區域AVC設定了功率因數值與PCC電壓，光伏電站依據AVC的設定值對無功電壓的控制系統進行投入。同時，光伏電站需要收集功率因數與PCC電壓的測量值，按照事先的策略加以控制。第二，無功電壓的控制系統達成模式。一般分為遠方、就地兩種控制形式。

（二）PQ電源式光伏電站無功電壓的控制策略

第一，控制目標。PQ電源式光伏電站的接入電網通常會對功率因數與PCC電壓帶來一定的影響。因此，為了有效促進功率因數為1與PCC電壓達到相應的標準，并全面分析二者無法共同達到控制標準的情況，應當設定最佳及次優的控制目標。第二，控制手段。PQ電源式光伏電站的無功電壓控制一般包括兩種方法，即調節逆變器的功率因數與調節SVG的補償量。基于逆變器本身帶有很大的剩余無功容量，因此，無功補償的時候需要優先對逆變器加以調節，然后再調節SVG。因為變壓器主要以改變系統的無功功率具體的分布情況進而達到對各個節點電壓的調節的目的。PQ可控電源的無功在設定以后不保持不變，變壓器沒有較大的調節效果，所以，PQ電源式光伏電站通常不選擇變壓器的調節形式。

第三，控制策略。應用九區圖的控制方法，通過對無功電壓的控制設的控制，達到以上的控制目標。PQ電源式光伏電站的無功電壓控制方法參見以下圖表：

關于PQ電源式無功電壓控制方法實施程序可以參見下圖所示：

（三）PV電源式光伏電站對無功電壓的控制策略

第一，控制目標。PV電源式光伏電站的接入電網一般會對PCC電壓帶來影響，使其功率的因數很小。所以，功率因數的目標值通常會稍有降低。第二，控制手段。PV電源式光伏電站控制無功電壓通常采用逆變器交流端電壓的調節、SVG的補償量調節、主變分接頭調節手段，具體操作的順序為逆變器、SVG、主變壓器。

（四）光伏電站無功電壓控制中注意事項

第一，PQ電源式光伏電站，若改變了逆變器的功率因數，讓其發出的無功抵消電站中系統的無功損耗，則無需再次投入SVG做無功補償；而PV電源式光伏電站中，控制前PCC的功率因數通常很低，其初始的測量數值集中在2、3、4、6、7、8區。

第二，PQ電源式光伏電站中，在對各個逆變器的功率因數進行調節時，應用等功率的因數準則，即各逆變器的功率因數皆相等。PV電源式光伏電站在對逆變器的電壓進行調節時，應用等電壓的準則，以降低系統的環流現象。

第三，當功率因數與PCC電壓無法共同符合要求的時候，可相應地降低功率因數，確保電壓合格。這種情況通常出現于晚上電力客戶負荷較大、光伏電站的有功出力較小的時段。

三、結語

按照PCC無功電壓的控制要求，對PQ電源式、PV電源式的光伏電站進行研究，提出各種無功電壓的控制方法。通過相關的計算得知：光伏電站中的變壓器、電力線路的損耗可以對PCC處的電壓與功率因子造成影響，控制無功電壓過程中需要重視；同時，從充分利用裝置的視角分析，主變壓器、逆變器、SVG需要綜合性應用，主要對逆變器進行調節；本文提出的方法可以對PCC電壓進行有效控制，有利于大型光伏電站中對無功電壓展開深入的研究。