并網(wǎng)光伏逆變器效率影響因素綜合分析

趙靜婭 余學(xué)海

摘要：為確保分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)獲得充分發(fā)揮，同時(shí)確保分布式電源配電網(wǎng)運(yùn)行性能獲得更好的提升，應(yīng)對(duì)其并網(wǎng)電壓進(jìn)行有效控制。因此必須進(jìn)行并網(wǎng)性能優(yōu)化已經(jīng)成為當(dāng)前配電網(wǎng)運(yùn)行性能改善的關(guān)鍵內(nèi)容。對(duì)于配電網(wǎng)而言，當(dāng)線路電阻相比電抗得到的結(jié)果較大時(shí)，將引起饋線潮流方向上出現(xiàn)線路電壓減小的結(jié)果。加入光伏逆變器進(jìn)行并網(wǎng)時(shí)，隨著光伏出力的提高將在并網(wǎng)點(diǎn)處發(fā)生電壓增大的現(xiàn)象，隨著光伏出力提高到設(shè)定值后，更易引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓超過(guò)上限的結(jié)果。本文基于并網(wǎng)光伏逆變器效率影響因素綜合分析展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)光伏逆變器;效率影響因素;綜合分析

1光伏發(fā)電單元結(jié)構(gòu)

將1臺(tái)逆變器控制的所有光伏電池板組成的陣列定義為1個(gè)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(jīng)匯流箱匯流后形成的2個(gè)同功率輸出陣列定為2個(gè)光伏子陣，其中，1個(gè)光伏陣列由2個(gè)光伏子陣組成。光伏發(fā)電單元中光伏子陣通過(guò)控制器連接2臺(tái)逆變器。在低光照下，控制器控制全部光伏子陣連接1臺(tái)逆變器運(yùn)行，另一臺(tái)逆變器停運(yùn);隨著光照增強(qiáng)，控制器控制光伏子陣并分配數(shù)量連接2臺(tái)逆變器運(yùn)行。光伏發(fā)電單元中通常將光伏陣列分為4個(gè)光伏子陣連接2臺(tái)逆變器較為合理，既可減少開(kāi)關(guān)數(shù)量又能靈活調(diào)度光伏陣列功率，可使系統(tǒng)控制在最優(yōu)配置運(yùn)行。

2線路阻抗匹配時(shí)控制策略

隨著分布式光伏電源的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)連接模式也發(fā)生了快速改變，需采用不同的連接形式達(dá)到并網(wǎng)運(yùn)行的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定供電過(guò)程。為不同發(fā)電單元配備了直流與交流轉(zhuǎn)換器，大電網(wǎng)跟變壓器和交流母線以PCC公共點(diǎn)實(shí)現(xiàn)連接的過(guò)程。將光伏并網(wǎng)逆變器按照并聯(lián)形式進(jìn)行連接并實(shí)施并網(wǎng)處理，本文按照并聯(lián)的方式連接二個(gè)逆變器再探討PQ（U）的電壓功率控制模式。由于在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，一些電網(wǎng)線路會(huì)在長(zhǎng)期使用后出現(xiàn)老化，由此導(dǎo)致真實(shí)線路阻抗與設(shè)定線路阻抗明形成明顯差異，考慮到實(shí)際線路的阻抗是未知的，因此本文重點(diǎn)探討了通過(guò)本地信號(hào)來(lái)預(yù)測(cè)線路阻抗的過(guò)程，同時(shí)識(shí)別了分布式電源線路的阻抗數(shù)據(jù)，以該線路阻抗為參考計(jì)算得到PQ（U）電壓功率。同時(shí)根據(jù)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(duì)并聯(lián)逆變器實(shí)施電壓功率調(diào)控的方式，同時(shí)合理的監(jiān)控措施保證所有光伏并網(wǎng)逆變器都具備達(dá)到電網(wǎng)電壓偏差要求的并網(wǎng)點(diǎn)電壓參數(shù)。

3案例設(shè)置

在Matlab/Simulink環(huán)境下建立額定功率為250kW的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)模型，電網(wǎng)的額定電壓為120kV。光伏發(fā)電系統(tǒng)附近有1個(gè)250kW的負(fù)載，并網(wǎng)開(kāi)關(guān)在開(kāi)始仿真0.1s后自動(dòng)斷開(kāi)，從而形成光伏孤島效應(yīng)的試驗(yàn)條件，仿真監(jiān)視電網(wǎng)斷開(kāi)后的電壓、電流和頻率等光伏孤島效應(yīng)產(chǎn)生時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。改變負(fù)載參數(shù)可以改變負(fù)載與光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率匹配情況;分別記錄不同場(chǎng)景下光伏孤島效應(yīng)發(fā)生后2s內(nèi)PCC處的電壓和頻率的變化情況;觀察過(guò)/欠壓、過(guò)/欠頻是否動(dòng)作，若動(dòng)作，則記錄動(dòng)作時(shí)間，若不動(dòng)作，則記錄波動(dòng)范圍。針對(duì)前文中有功功率、無(wú)功功率不匹配的情況，分別仿真光伏發(fā)電系統(tǒng)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(wǎng)未發(fā)生故障自主脫網(wǎng)這些情況下孤島效應(yīng)檢測(cè)的正確性。此外還要對(duì)孤島效應(yīng)檢測(cè)方法的正確性進(jìn)行分析，觀察當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)未脫網(wǎng)時(shí)，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(fù)荷擾動(dòng)下，是否會(huì)發(fā)生誤判為孤島的情況。

4電壓控制效果

還需要進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以確定是否可以使用這些戰(zhàn)略有效實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)電壓控制。特別是在IEE33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)中，從節(jié)點(diǎn)15的位置訪問(wèn)有效功率為2.5MW的光伏電源。負(fù)載為靜態(tài)，使用三相平衡模型，逆變器功率最高2.5MVA，最低功率因數(shù)為0.98，節(jié)點(diǎn)電壓上限為1.05p.u。在并網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，24小時(shí)照明強(qiáng)度呈正態(tài)分布變化，節(jié)點(diǎn)電壓先上升，然后經(jīng)過(guò)下降趨勢(shì)，中午11：00 ～ 13：00最高可達(dá)1.058p.u。從逆變器輸出功率來(lái)看，從11：20開(kāi)始，逆變器進(jìn)入無(wú)功補(bǔ)償階段，輸出功率達(dá)到0.249MVar，將節(jié)點(diǎn)電壓降低到1.05p.u。為了確認(rèn)其他政策的有效性，請(qǐng)?jiān)诠?jié)點(diǎn)18位置連接2.5MW，節(jié)點(diǎn)電壓為1.075p.u，連接到新的光伏電源。節(jié)點(diǎn)電壓超標(biāo)后，逆變器首先進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。設(shè)備最大功率達(dá)到最大值后，功率因數(shù)為0.99，設(shè)備輸出為0.353MVar無(wú)功功率，電壓仍然存在超額問(wèn)題。隨著設(shè)備進(jìn)入最大功率調(diào)整階段，逆變器的有效功率調(diào)整為2.45MW，輸出無(wú)功功率為0.497MVar，節(jié)點(diǎn)電壓超標(biāo)問(wèn)題仍未解決，設(shè)備開(kāi)始減電。在設(shè)備功率減少到2.38MW之前，節(jié)點(diǎn)電壓為1.0515p.u，滿足電壓控制要求?？刂茀?shù)誤差分析的情況下，電阻抗偏差和總線電壓偏差均為1%，但為了準(zhǔn)確的電壓控制進(jìn)行了修改。因此，從仿真結(jié)果可以看出，利用逆變器參數(shù)進(jìn)行功率和無(wú)功輸出調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了正確控制配電網(wǎng)電壓的目標(biāo)。

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(shù)曲線和可靠度函數(shù)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)高于集中式逆變器的特征壽命。大型光伏電站同一型號(hào)、同一種類(lèi)的設(shè)備眾多，以設(shè)備失效概率分布為依據(jù)制定相應(yīng)的設(shè)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(kù)存水平及存貯費(fèi)用，降低設(shè)備的檢修維護(hù)成本，從而提高光伏電站的經(jīng)濟(jì)效益。本策略對(duì)優(yōu)化光伏電站的設(shè)備檢修管理具有一定的指導(dǎo)意義。

結(jié)束語(yǔ)

集中式光伏電站典型結(jié)構(gòu)主要是由2臺(tái)500kW集中式逆變器組成1MW發(fā)電單元，再由多個(gè)發(fā)電單元升壓至35kV交流母線匯流后升壓到110kV母線。在發(fā)電單元中匯流箱與逆變器之間加入控制器，實(shí)現(xiàn)逆變器之間協(xié)調(diào)控制，提高系統(tǒng)輸出功率以及改善系統(tǒng)波形質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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

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