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編者按：大規(guī)模光伏電站的開發(fā)為新能源的使用帶來了機遇，但是與此同時也為電力系統(tǒng)的運行帶來很多的影響，其中最為顯著的是無功電壓問題，針對大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)點電壓不穩(wěn)定好的問題，提出一種無功電壓協(xié)調控制策略，通過方針實驗結果表明能夠獲得穩(wěn)定的電壓，具有可行性可有效性。

開發(fā)新能源和可再生清潔能源是全世界面臨的共同課題。在新能源中，光伏發(fā)電倍受矚目.但由于過高的成本.目前還未能充分進入市場。光伏發(fā)電市場前景廣闊，隨著光伏電站的使用，分布范圍越來越廣，電網(wǎng)無功電壓調整難度也是越來越大，本文主要分析大規(guī)模光伏電站的無功電壓協(xié)調控制策略。

1.光伏發(fā)電無功電壓分析

對于光伏發(fā)電本身而言，通常采用的運行方式為恒定功率的并網(wǎng)運行，從理論上來分析不與其所處的電網(wǎng)發(fā)生無功交換過程，但是在運行過程中存在無功損耗問題，因此在實際的運行中光伏電站需要吸收無功功率。若是大規(guī)模光伏電站，若是接入的電網(wǎng)比較薄弱，容易導致電網(wǎng)運行缺乏安全性。

光伏電站母線電壓睡著相連的逆變器功率的變化而發(fā)生生變化，而逆變器的功率并不是固定的，而是隨著環(huán)境如季節(jié)、溫度等因素變化，光伏電站出力在中午達到最高，然后逐漸下降，目前電壓逐漸穩(wěn)定。由于光伏發(fā)電受到很多因素的影響，因此在控制中存在很大的難度，因此必須根據(jù)并網(wǎng)點電壓水平安裝武工補償裝置。

2.光伏發(fā)電無功電壓常見的控制模式

目前光伏電站無功電壓的控制時一般是根據(jù)實際情況進行控制，第一級無功電壓主要是協(xié)調無功電壓設備;第二級無功電壓控制主要是通過協(xié)調無功電壓設備，控制母線電壓和重要無功電壓設備;第三級無功電壓控制則是通過優(yōu)化無功設備范圍，結合二級無功電壓控制來協(xié)調無功電壓。

2.1二級電壓控制

二級無功電壓控制策略，主要是在一級電壓控制的基礎上，通過改變電壓控制機端電壓設定值，實現(xiàn)分機組電費協(xié)調控制。由于光伏發(fā)電是采用并網(wǎng)方式，二級無功電壓控制方式非常適合于大規(guī)模光伏電壓無功電壓控制。在我國傳統(tǒng)的二級無功電壓控制策略中，要求電壓送出點的電壓滿足要求，在大規(guī)模光伏發(fā)電中，若是采用直接接入電網(wǎng)主主網(wǎng)運行，容易影響電壓的輸送。因此需要采用電網(wǎng)樞紐變電站以及光伏電站的無功調節(jié)能力，維持電網(wǎng)重要電源點的電壓水平穩(wěn)定。

2.2三級電壓控制

三級電壓控制是一種能夠降低全網(wǎng)損耗的措施，能夠提高經(jīng)濟效益，依照電網(wǎng)實時運行狀態(tài)，根據(jù)各個區(qū)域中樞母線電壓和二級無功電壓控制來實現(xiàn)三級電壓控制策略。三級無功電壓控制策略更加適合于低電壓接地的光伏電站，在進行控制中，除去一些常規(guī)優(yōu)化計算之外，還需要考慮到廣發(fā)并網(wǎng)發(fā)電的運行特點。依照動態(tài)調整三級無功電壓的建模方式滿足電網(wǎng)調節(jié)的需求，在計算重要聯(lián)絡線蜈蚣設定范圍中，需要考慮各個區(qū)院內的調節(jié)能力，保證無功電壓運行能力。

3.光伏發(fā)電無功電壓協(xié)調控制策略分析

依照光伏電站接入電網(wǎng)的方式，采用合適的無功電壓控制策略。

3.1控制方案和原理分析

在本設計的控制方案中采用的控制策略主要由SCADA系統(tǒng)、無功協(xié)調控制器和MMS網(wǎng)絡通信組成，其中無功協(xié)調控制器以及電壓調節(jié)電子設備等都是采用總線方式來連接，光伏電站的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)來實現(xiàn)監(jiān)控和采集信息功能。

光伏電站無功控制策略核心模塊的協(xié)調控制器主要是由檢測模塊、電壓調節(jié)控制模塊、出發(fā)模塊以及通信模塊組成。檢測模塊的設計包括了系統(tǒng)電壓、電流采樣值的檢測;電壓調節(jié)控制模塊是將檢測模塊的測量值與設定值相比較，輸出信號;觸發(fā)模塊的設計主要是實現(xiàn)光伏電站逆變器以及電容組的控制;通信模塊的設計獲得調節(jié)指令，并將采樣值上傳到SCADA系統(tǒng)。光伏發(fā)電無功調節(jié)系統(tǒng)的設計包括了控制和調節(jié)子系統(tǒng)的設計，能夠精確計算到導通角等。

3.2調壓過程

在并網(wǎng)點上安裝電流、電壓互感器，測量電壓、電流，并比較電源偏差，ΔU=|Umea-Uref|，設置允許電壓誤差偏差的δ，與ΔU比較，辨識光伏電站與電網(wǎng)之間的阻抗X，計算光伏電站的無功目標值Qtarget=(Uref-Umea)/X+QmeaUref/Umea，判斷檢測到的電壓波動與短路時的允許電壓偏差帶的差異，如果是，立刻進入到經(jīng)濟電壓控制策略，否則，通過分配策略將無功目標值依照光伏逆變器、電容器等進行協(xié)調控制。

假設光伏電站有m個SVC裝置、電容器k個、光伏逆變器n個，容量上限分別是Qs、QC、Qg，接頭位置滿足Qgmin≤Qg≤Qgmax;Qsmin≤Qs≤Qsmax;Qcmin≤QC≤Qcmax;tmin≤t≤tmax。分別計算光伏逆變器、SVC和電容器的總無功容量范圍。比較分析光伏電站的無功目標值與Qmea，得到無功增量ΔQ=Qtarget-Qmea，在本研究中僅僅討論ΔQ大于零的情況。如果ΔQ小于ΣQgtotal，無功調節(jié)由光伏逆變器實現(xiàn)，無功量依照等比例分配原則計算為ΔQ/n;如果ΣQgtotal≤ΔQ≤ΣQgtotal+ΣQstotal，無功電壓調節(jié)依靠光伏逆變器和SVC共同實現(xiàn)，ΣQstotal由逆變器提供，剩余的由SVC提供，SVC無功調節(jié)量為(ΔQ-ΣQstotal)/m;在ΣQgtotal+ΣQstotal≤ΔQ≤ΣQgtotal+ΣQstotal+ΣQctotal，無功電壓調節(jié)由光伏變電器、電容器組和SVC以及分接頭共同實現(xiàn)。

3.3仿真實驗

在本方針實驗中采用PSCAD/EMTDC搭建算例系統(tǒng)，仿真光伏電站容量是10MVA，光伏并網(wǎng)發(fā)電單元共10個，所有的單元均采用的是2臺500kw逆變器，全站共20臺。光伏逆變器母線電壓0.4kV，經(jīng)過升壓變壓器并入電網(wǎng)，出組處安裝了10組電容器和5臺SVC，在光伏逆變器出口處接入5MW負荷。


加入光伏電站正常運行情況下在2.6g時出現(xiàn)功率的波動情況，具體表現(xiàn)為增加為正常值的兩倍，現(xiàn)分析并網(wǎng)點在有無電壓控制下的無功功率變化情況，見圖1所示，加入無功電壓控制后，無功功率提高0.3p.u，SVC、電容器和光伏逆變器共同提供2.92Mvar無功功率。當符合波動時，如實不進行控制電壓為0.72p.u，不滿足電壓偏差值的顯示要求，在接入無功電壓控制后，滿足他要求，因此此設計能夠保證光伏電站電壓穩(wěn)定，具有可行性和有效性。

【結束語】：

綜上所述，本文先簡單分析了光伏電站的無功電壓特點以及常見的控制策略，重點研究大規(guī)模光伏電站的無功電壓協(xié)調策略，以控制并網(wǎng)點的電壓為依據(jù)，計算無功需求，獲得更加合理的無功功率分配，仿真結果表示該策略具有可行性和有效性。

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原標題：大規(guī)模光伏電站的無功電壓協(xié)調控制策略