大型光伏电站无功电压控制策略

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1、大型光伏电站无功电压控制策略周林邵念彬（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400030）摘要:对于大型光伏电站有功出力的波动不仅会造成并网点电压越限也会造成电站内部局部电压过高导致保护动作使得逆变器脱网。分析了光伏电站并网点电压及站内各光伏发电单元并网电压的影响因素提出了一种考虑站内电压分布的大型光伏电站无功电压控制策略。该控制方法通过实时检测并网点电压与参考值比较，并通过PI控制器自动获取维持并网点电压所需的无功需求量实现并网点电压的动态调节通过实时调节逆变器的无功输出实现站内电压均匀分布。

2、应用灵敏度的分析方法表示无功与电压间的关系给出了PI控制器参数的设计过程并将以站内电压均匀分布为目标的无功优化问题转化为可以快速准确求解的带约束条件的非线性规划模型，对该模型进行求解计算出无功补偿装置及各组光伏发电单元的无功参考量在保证并网点电压稳定的基础上改善站内电压分布保证光伏电站的稳定运行。最后通过仿真计算验证了该控制策略的正确性和可行性。关键词：光伏；发电；大型光伏电站；电压波动；无功控制；电压控制；灵敏度；电压分布中图分类号：TM615文献标识码：ADOI：10.16081／j.issn.1006－604

3、7.2016.04.0180引言近年来随着光伏产业迅速发展，系统成本不断降低，光伏并网技术逐渐成熟，建设大型并网光伏电站成为大规模利用太阳能的有效方式［1］。不同于分布式光伏发电，大型光伏电站多建立在荒漠地区，当地负荷水平较低，所接入地区电网的短路容量较小，大量的光伏电力需要高压长距离输电线路外送［2-3］。由于光伏发电受光照影响较大，光照的波动会引起有功输出的波动，从而导致并网点电压波动甚至越限［4］，因此大型光伏电站必须具备无功电压控制能力［5］。目前针对光伏电站电压控制的研究多集中在分布式发电领域。分布式光伏

4、发电的调压方式主要有利用储能装置［6-7］、无功补偿装置、逆变器无功功率控制［8］。储能装置可以平抑有功波动但会增加系统成本，且控制复杂；无功补偿装置调压忽略了逆变器的无功输出能力；逆变器无功功率控制主要针对本地负载的无功补偿，不能实现光伏电站的无功独立控制。此外，德国电气工程师协会提出了适用于分布式光伏发电的4种无功控制策略：恒无功功率Q控制、恒功率因数cosφ控制、基于光伏有功出力的cosφ（P）控制及基于并网点电压幅值的Q（U）控制策略［9］。但这4种控制策略仅针对单台逆变器，并不适用于大型光伏电站。不同于分

5、布式光伏发电，大型光伏电站内部无功源包括逆变器和无功补偿装置，因此大型光伏电站的无功电压控制必然涉及逆变器与无功补偿装置以及各逆变器的协调控制。文献［10］提出了以并网点电压以及并网点功率因数为控制目标的控制策略；文献［11］将大型光伏电站内部的无功源分为3层，提出了3层无功控制策略。但以上文献都只针对并网点电压进行控制，未研究电站内部的电压分布情况。大型光伏电站通常由多组光伏发电单元PVGU（PVGenerationUnit）组成，每组PVGU分别通过升压变压器汇入送端配电站，然后以相应的电压等级实现远距离高压交

6、流输电［12］。虽然目前尚无规范对站内PVGU并网电压做出具体规定，但由于站内集电线路的存在，随着有功出力的增加，可能会导致线路末端PVGU电压过高，从而导致保护装置动作，使得逆变器脱网，不利于光伏电站稳定运行。考虑到在正常工况下，无功电压之间呈现近似线性关系，本文基于无功电压灵敏度分析方法，提出了一种考虑站内电压分布的大型光伏电站无功电压控制策略。该控制策略通过优化计算对各台逆变器及无功补偿装置的无功出力进行协调，在并网点电压动态调节的基础上，改善站内电压分布，最后通过相应算例进行了仿真验证。1大型光伏电站原理1

7、.1大型光伏电站拓扑结构大型光伏电站多采用逆变器并联集中并网，通过升压站变压器实现高压交流输电［13］。以国电蒙电巴彦淖尔市乌拉特后旗光伏发电项目为例，其拓扑结构如图1所示。图中Ui（i=1，2，…，n）表示第i组PVGU升压变压器低压侧电压；UPOI表示主变压器高压侧（并网点）电压；U表示电网电压。无功补偿装置装设在主变压器低压侧。该光伏电站由多组PVGU并联组成。光伏发电单元将直流电能逆变为270V交流电，为降低电站内部损耗，每组PVGU配置1台0.27kV／10kV升压变压器（Ti）。由于光伏阵列占地面积较大

8、，各组PVGU之间距离较远，需要m回集电线路（每回集电线路串联l组光伏发电单元将电能汇集，接入主变器（T）低压侧，由主变器将电能集中升压至110kV，通过送出线路输送至电网。每组PVGU由2台500kW逆变器并联组成。逆变器采用单级结构，光伏阵列将太阳能转化为直流电能，通过直流侧电容接入逆变器，再经由LCL滤波器接入升压变压器低压侧。每台并网逆变器均采用相同