光伏電站低電壓穿越時(shí)的無(wú)功控制策略探討

崔宗海

【摘要】我國(guó)的經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期，在這個(gè)時(shí)期，光伏電站也得到了一個(gè)快速的發(fā)展，與此同時(shí)，也給我們的光伏電站低電壓穿越時(shí)的控制提出更為嚴(yán)格的要求，文章主要研究了光伏電站低電壓穿越時(shí)的無(wú)功控制策略。

【關(guān)鍵詞】光伏電站；低電壓穿越；無(wú)功控制；策略

一、無(wú)功控制策略的基本思想

本文將光伏電站的無(wú)功電壓控制模式分為無(wú)功功率整定和無(wú)功功率分配。由于單臺(tái)光伏逆變器的容量相對(duì)較小，其無(wú)功調(diào)節(jié)無(wú)法對(duì)光伏電站和接入點(diǎn)電壓帶來(lái)明顯的變化，因此光伏電站的無(wú)功調(diào)節(jié)是多臺(tái)逆變器的聯(lián)合調(diào)節(jié)。通過(guò)無(wú)功整定，把光伏電站控制點(diǎn)電壓的變化情況轉(zhuǎn)化為整個(gè)光伏電站的無(wú)功輸出參考值，再根據(jù)一定的原則把總的無(wú)功輸出參考值分配到電站內(nèi)各臺(tái)逆變器中，作為每臺(tái)逆變器的無(wú)功輸出參考信號(hào)，從而使光伏電站輸出一定的無(wú)功功率以支撐控點(diǎn)電壓。

二、光伏電站低電壓穿越時(shí)的無(wú)功控制策略

（一）搭建一個(gè)平臺(tái)控制措施

光伏逆變器在無(wú)功控制過(guò)程中起著至關(guān)重要的影響作用，在此基礎(chǔ)上，當(dāng)前國(guó)家電網(wǎng)公司在對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行操控過(guò)程中應(yīng)著重提高對(duì)此問(wèn)題的重視程度，并注重在無(wú)功控制措施實(shí)施過(guò)程中搭建三相六橋并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而由此實(shí)現(xiàn)光伏直流電向三相交流電的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，由于在光伏電站運(yùn)行過(guò)程中逆變器輸出關(guān)系著低電壓穿越效果，因而在平臺(tái)搭建控制措施實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)對(duì)內(nèi)環(huán)有功電流進(jìn)行控制，且實(shí)時(shí)控制有功電流給定值，規(guī)避輸出電流不標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象的凸顯影響到系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)。

（二）無(wú)功控制措施

在光伏電站低電壓穿越時(shí)強(qiáng)調(diào)無(wú)功控制措施的實(shí)施也是至關(guān)重要的，為此，應(yīng)注重從以下幾個(gè)層面入手：第一，國(guó)家電網(wǎng)公司在對(duì)光伏電站低電壓穿越環(huán)境進(jìn)行操控過(guò)程中應(yīng)注重將“滿足功率因素要求”設(shè)定為控制目標(biāo)，同時(shí)注重強(qiáng)調(diào)對(duì)35kV變壓器功率因素的控制，且確保變壓器始終處在滯后0.95s的運(yùn)行狀態(tài)，由此規(guī)避電網(wǎng)損耗現(xiàn)象的凸顯，達(dá)到最佳的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。第二，在無(wú)功控制措施實(shí)施過(guò)程中注重強(qiáng)調(diào)對(duì)輸電損耗的計(jì)算也是至關(guān)重要的，為此，國(guó)家電網(wǎng)公司相關(guān)工作人員在對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行操控過(guò)程中應(yīng)注重嚴(yán)格遵從計(jì)算公式：△P=R·P2U2+Q2U2，同時(shí)結(jié)合線路壓降計(jì)算公式：△U=（P·R+Q·X）U，且R、X、U分別表示線路電阻、線路電抗、母線電壓，由此在計(jì)算過(guò)程中獲取到輸電損耗信息，繼而以“無(wú)功切除”或“無(wú)功投入”兩種形式對(duì)區(qū)域無(wú)功現(xiàn)象進(jìn)行控制，達(dá)到最佳的控制狀態(tài)。從以上的分析可以看出，在電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中落實(shí)無(wú)功補(bǔ)償措施是非常必要的，為此，應(yīng)提高對(duì)其的重視程度。

（三）實(shí)現(xiàn)無(wú)功控制策略

在無(wú)功控制策略實(shí)施過(guò)程中主要涵蓋了功率因數(shù)控制模式、電壓控制模式兩種控制方法，而功率因數(shù)控制模式的實(shí)現(xiàn)，要求相關(guān)技術(shù)人員在對(duì)光伏電站進(jìn)行操控過(guò)程中應(yīng)注重將調(diào)度需求作為指標(biāo)，對(duì)功率因數(shù)模式進(jìn)行設(shè)定，并注重向電網(wǎng)輸入無(wú)功功率，由此規(guī)避電網(wǎng)擾動(dòng)及故障現(xiàn)象的凸顯，同時(shí)，在故障現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，迅速切換至電壓控制模式，且依據(jù)電壓偏差情況，對(duì)無(wú)功功率輸出情況進(jìn)行調(diào)整。此外，由于電壓偏△U與無(wú)功輸出參考量Qref存在著密切聯(lián)系，因而在區(qū)域無(wú)功控制工作開展過(guò)程中應(yīng)著重提高對(duì)此問(wèn)題的重視程度，且注重將無(wú)功參考量控制在合理化范圍內(nèi)。

為了緩解電網(wǎng)擾動(dòng)等故障現(xiàn)象的凸顯，實(shí)施無(wú)功控制措施是非常必要的，為此，相關(guān)技術(shù)人員在對(duì)電網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行操控過(guò)程中應(yīng)著重提高對(duì)此問(wèn)題的重視程度，并注重加快無(wú)功控制步伐。

（四）光伏系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)LVRT控制策略

大中型光伏電站應(yīng)具備一定的低電壓穿越能力，在電網(wǎng)故障期間，光伏電站不僅要保持并網(wǎng)狀態(tài)，而且能夠提供動(dòng)態(tài)無(wú)功功率以支撐電網(wǎng)電壓，并盡快恢復(fù)電站有功出力。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路故障造成逆變器網(wǎng)側(cè)電壓降低時(shí)，會(huì)引起逆變器直流側(cè)電壓升高，光伏陣列的輸出功率隨著直流電壓升高而減小；當(dāng)光伏組件達(dá)到開路電壓時(shí)，功率輸出為零，逆變器直流母線電壓不會(huì)增大很多。因此，光伏電站低電壓穿越的瓶頸即為限制逆變器交流側(cè)輸出電流的大小。根據(jù)并網(wǎng)要求，為了增大故障時(shí)輸出的無(wú)功功率，并保證逆變器的安全運(yùn)行，應(yīng)限制逆變器輸出電流的有功電流分量。當(dāng)網(wǎng)側(cè)電壓跌落至額定電壓的90%時(shí)，通過(guò)“比較器”的輸出，使開關(guān)斷開，切斷電壓外環(huán)。通過(guò)“比較器1”的輸出，使開關(guān)閉合，投入無(wú)功電流外環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)變結(jié)構(gòu)控制。無(wú)功電流外環(huán)控制采用比例調(diào)節(jié)器，將電網(wǎng)側(cè)電壓跌落深度轉(zhuǎn)換為無(wú)功電流缺額，并按比例分配到各個(gè)逆變器，使光伏系統(tǒng)逆變器輸出無(wú)功功率，支撐并網(wǎng)點(diǎn)電壓。在此期間，為了保證逆變器的安全，限制逆變器的輸出電流不超過(guò)額定電流的1.1倍。如果要增大無(wú)功電流輸出，則必須限制有功電流的輸出。故障期間所需無(wú)功功率大小與故障類型、電壓跌落深度和系統(tǒng)短路容量有關(guān)。如所需無(wú)功電流大于iq的限制值，即逆變器最大輸出電流，則通過(guò)限幅環(huán)節(jié)限制iq的增加。當(dāng)所需無(wú)功電流小于限制值，則通過(guò)模塊實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)有功功率電流參考值，提供有功輸出，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率外環(huán)控制，向系統(tǒng)輸送無(wú)功功率，支持并網(wǎng)點(diǎn)電壓。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障，網(wǎng)側(cè)電壓低于額定電壓的90%時(shí)，閉合開關(guān)，同時(shí)打開控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率外環(huán)控制，向系統(tǒng)輸送無(wú)功功率，支持并網(wǎng)點(diǎn)電壓。

三、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)介紹了無(wú)功控制策略的基本思想及光伏電站低電壓穿越時(shí)的無(wú)功控制策略，以此搭建一個(gè)平臺(tái)控制措施、無(wú)功控制措施、實(shí)現(xiàn)無(wú)功控制策略以及光伏系統(tǒng)變結(jié)構(gòu)LVRT控制策略。

參考文獻(xiàn)

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