并網光伏逆變器效率影響因素綜合分析

趙靜婭 余學海

摘要：為確保分布式光伏發電系統各項優勢獲得充分發揮，同時確保分布式電源配電網運行性能獲得更好的提升，應對其并網電壓進行有效控制。因此必須進行并網性能優化已經成為當前配電網運行性能改善的關鍵內容。對于配電網而言，當線路電阻相比電抗得到的結果較大時，將引起饋線潮流方向上出現線路電壓減小的結果。加入光伏逆變器進行并網時，隨著光伏出力的提高將在并網點處發生電壓增大的現象，隨著光伏出力提高到設定值后，更易引起并網點電壓超過上限的結果。本文基于并網光伏逆變器效率影響因素綜合分析展開論述。

關鍵詞：并網光伏逆變器;效率影響因素;綜合分析

1光伏發電單元結構

將1臺逆變器控制的所有光伏電池板組成的陣列定義為1個光伏陣列;忽略光伏電池板之間輸出功率的微小差異，將光伏電池板經匯流箱匯流后形成的2個同功率輸出陣列定為2個光伏子陣，其中，1個光伏陣列由2個光伏子陣組成。光伏發電單元中光伏子陣通過控制器連接2臺逆變器。在低光照下，控制器控制全部光伏子陣連接1臺逆變器運行，另一臺逆變器停運;隨著光照增強，控制器控制光伏子陣并分配數量連接2臺逆變器運行。光伏發電單元中通常將光伏陣列分為4個光伏子陣連接2臺逆變器較為合理，既可減少開關數量又能靈活調度光伏陣列功率，可使系統控制在最優配置運行。

2線路阻抗匹配時控制策略

隨著分布式光伏電源的廣泛應用，電網連接模式也發生了快速改變，需采用不同的連接形式達到并網運行的效果，實現對電網的穩定供電過程。為不同發電單元配備了直流與交流轉換器，大電網跟變壓器和交流母線以PCC公共點實現連接的過程。將光伏并網逆變器按照并聯形式進行連接并實施并網處理，本文按照并聯的方式連接二個逆變器再探討PQ（U）的電壓功率控制模式。由于在實際運行過程中，一些電網線路會在長期使用后出現老化，由此導致真實線路阻抗與設定線路阻抗明形成明顯差異，考慮到實際線路的阻抗是未知的，因此本文重點探討了通過本地信號來預測線路阻抗的過程，同時識別了分布式電源線路的阻抗數據，以該線路阻抗為參考計算得到PQ（U）電壓功率。同時根據控制策略給出的電壓功率控制方式探討了線路阻抗匹配與不匹配兩種情況下對并聯逆變器實施電壓功率調控的方式，同時合理的監控措施保證所有光伏并網逆變器都具備達到電網電壓偏差要求的并網點電壓參數。

3案例設置

在Matlab/Simulink環境下建立額定功率為250kW的分布式光伏發電系統并網模型，電網的額定電壓為120kV。光伏發電系統附近有1個250kW的負載，并網開關在開始仿真0.1s后自動斷開，從而形成光伏孤島效應的試驗條件，仿真監視電網斷開后的電壓、電流和頻率等光伏孤島效應產生時的運行狀態。改變負載參數可以改變負載與光伏發電系統的功率匹配情況;分別記錄不同場景下光伏孤島效應發生后2s內PCC處的電壓和頻率的變化情況;觀察過/欠壓、過/欠頻是否動作，若動作，則記錄動作時間，若不動作，則記錄波動范圍。針對前文中有功功率、無功功率不匹配的情況，分別仿真光伏發電系統在三相接地短路、兩相相間短路、兩相接地短路、單相接地短路及電網未發生故障自主脫網這些情況下孤島效應檢測的正確性。此外還要對孤島效應檢測方法的正確性進行分析，觀察當光伏發電系統未脫網時，在三相接地短路、兩相相間短路、兩相接地短路、單相接地短路及負荷擾動下，是否會發生誤判為孤島的情況。

4電壓控制效果

還需要進行模擬實驗，以確定是否可以使用這些戰略有效實現配電網電壓控制。特別是在IEE33節點配電網中，從節點15的位置訪問有效功率為2.5MW的光伏電源。負載為靜態，使用三相平衡模型，逆變器功率最高2.5MVA，最低功率因數為0.98，節點電壓上限為1.05p.u。在并網發展過程中，24小時照明強度呈正態分布變化，節點電壓先上升，然后經過下降趨勢，中午11：00 ～ 13：00最高可達1.058p.u。從逆變器輸出功率來看，從11：20開始，逆變器進入無功補償階段，輸出功率達到0.249MVar，將節點電壓降低到1.05p.u。為了確認其他政策的有效性，請在節點18位置連接2.5MW，節點電壓為1.075p.u，連接到新的光伏電源。節點電壓超標后，逆變器首先進行無功補償。設備最大功率達到最大值后，功率因數為0.99，設備輸出為0.353MVar無功功率，電壓仍然存在超額問題。隨著設備進入最大功率調整階段，逆變器的有效功率調整為2.45MW，輸出無功功率為0.497MVar，節點電壓超標問題仍未解決，設備開始減電。在設備功率減少到2.38MW之前，節點電壓為1.0515p.u，滿足電壓控制要求?？刂茀嫡`差分析的情況下，電阻抗偏差和總線電壓偏差均為1%，但為了準確的電壓控制進行了修改。因此，從仿真結果可以看出，利用逆變器參數進行功率和無功輸出調整，實現了正確控制配電網電壓的目標。

5失效概率分布模型的逆變器

集中式逆變器的累積失效概率函數曲線和可靠度函數曲線相互之間相差不大;組串式逆變器的累積失效概率低于集中式逆變器的累積失效概率，而可靠度高于集中式逆變器，且特征壽命遠高于集中式逆變器的特征壽命。1）同品牌的集中式逆變器的失效概率基本一致。2）組串式逆變器的失效概率遠低于集中式逆變器的;組串式逆變器的可靠度高于集中式逆變器的;組串式逆變器的特征壽命遠高于集中式逆變器的特征壽命。大型光伏電站同一型號、同一種類的設備眾多，以設備失效概率分布為依據制定相應的設備檢修策略及備品備件管理策略，可以降低光伏電站的備品備件庫存水平及存貯費用，降低設備的檢修維護成本，從而提高光伏電站的經濟效益。本策略對優化光伏電站的設備檢修管理具有一定的指導意義。

結束語

集中式光伏電站典型結構主要是由2臺500kW集中式逆變器組成1MW發電單元，再由多個發電單元升壓至35kV交流母線匯流后升壓到110kV母線。在發電單元中匯流箱與逆變器之間加入控制器，實現逆變器之間協調控制，提高系統輸出功率以及改善系統波形質量。

參考文獻

[1]任明煒，吳函，劉翔宇.光伏并網用新型開關電感準Z源逆變器的研究[J].電力電子技術，2020，54（02）：80-84+119.

上海正泰電源系統有限公司，200000