光伏电站多并网逆变器无功电压控制

张景轩

1 光伏电站电压控制现状

一般情况下，大型光伏电站为了满足发电需求，往往建立在偏远地区，这主要是因为偏远地区光照充足、无物体遮挡，适合建设规模较大的光伏电站。在这种情况下，光伏电能往往需要进行远距离的输电线路接入电网，这就导致电网相对比较薄弱。对于光伏电站而言，其有功输出与光照强度存在着较大程度上的关联，一旦光照发生波动，便会对光伏电站的有功输出造成一定程度的影响，进而影响到电网电压的稳定性。目前，很多业内人士对光伏电站的电压控制进行了研究与分析，并取得一定的效果。例如光伏电站如果采用定功率的控制方式，当出现并网点电压越限的情况时，可以对光伏电站的有功输出进行一定程度的减少，从而达到稳定电压的目的。同时，可以对储能装置进行一定程度上的利用，可以对光伏电站的电压稳定性进行一定程度的提升，然而这种方式运作成本较高，且对于技术有着较高的要求。除此之外，还可以通过静止无功补偿器对并网点电压的波动进行一定程度的抑制，从而达到稳定电压的目的。这种方式需要另外设置无功补偿装置，会增加一定的系统成本。对于光伏逆变器而言，它在一定的条件之下可以实现同时输出有功功率和无功功率，因此光伏电站要想对电压进行有效的控制，就必须做好各个逆变器之间的协调工作，并在此基础之上做出有效控制。就目前情况而言，现有的针对光伏电站电压控制的相关策略都未对线路损耗最小优化的问题。

2 光伏电站并网点电压分析

目前状况下，具有较大规模的光伏电站主要采用分块发电、集中并网的模式。以100 MW光伏发电项目为例，在这一项目之中，对100 MW的光伏发电系统进行了一定程度上的分解，分解成为光伏发电单元，共分为100个，每一个光伏发电单元为1 MW，在每一组光伏发电单元之中，又对升压变压器进行了有效的配置。升压变压器对光伏发电单元进行一定程度的升压，直至达到35 kV，然后将其接入到母线中；接入母线之后，再由升压站中的之的主变压器进行二次升压，使其达到110 kV，并有效接入电网，最终形成并网发电。在这一过程之中，需要注意的是光伏电站中存在较多的光伏发电单元，且光伏发电单元之间的距离相对较远，在这种情况下需要对回集电线路进行有效的利用，从而将电能进行汇集，再接入到电网之中。在光伏电站中，如果光伏电站的有功输出发生一定程度的变化时，就会对并网点电压造成相应的影响，导致电压波动甚至越限情况。一般情况下，可以通过对光伏电站的无工输出进行调节来对并网点电压做出改善，同时也可以设置相应的补偿装置来实现。在实际运行与操作的过程之中，应该对逆变器进行一定程度的使用，充分发挥其无功调节的能力，以此来对并网点的电压稳定性进行有效地提高，同时也可以减少了无功补偿装置的投入，节约了电网系统的成本。而对于光伏发电单元而言，其并网电压主要受到3个因素的影响，分别是光伏发电单元自身的输出功率、其他光伏发电单元的输出功率以及并网点电压。基于这一情况，可以对各个逆变器的无功输出进行一定程度的调节，从而达到调整与优化站内电压的目的。

3 光伏电站无功电压控制策略分析

要想实现光伏电站无功电压的有效控制，就必须处理好无功补偿装置、光伏电站、站内各个发电单元之间的关系，提高三者之间的协调性。首先，无功补偿装置的成本相对较高，如果在光伏电站中进行配置，则会大大增加光伏电站的建设成本，从经济性角度出发，配置无功补偿装置的方式并不理想。基于这一方面的考虑，实现光伏电站无功电压的有效控制，应该重点从提高各个光伏发电单元之间的协调性方面着手。本文提出了一种基于光伏电站的无功控制策略，具体如下：依据光伏电站的等值电路结构，将这一控制系统分为3层，然后分别在每一层之中对无功优化控制进行有效实现。

第一层主要是获得总的无功电压参考值，其运行状态如下：电网调度部门需要首先对并网点的偏差情况进行一定程度上的判断，如果判断光伏电站正常运行，需要在充分结合调度要求的基础之上对无功控制模式进行有效的选择，主要有三种无功控制模式：①功率因数控制模式，在这一控制模式之下，光伏电站不提供无功支撑，主要是为了保证光伏电站的经济效益；②定无功控制模式：在定无功控制模式之下，光伏电站会对无功支撑进行一定程度地提供，且在提供过程中会充分参考系统调度计划，因此在这一模式之下的输出的无功功率主要是由调度计划来决定；③电压控制模式：一旦光伏电站进入了电压控制模式，则可以断定出现了2种状况：第一，光伏电站接入地区无功不足；第二，光伏电站接入地区无功响应慢。

在控制系统的第二层，主要是按照如下的无功分配原则进行：首先保证光伏电站发出的总无功功率确定，然后在此基础之上，将无功功率在回集电线路上进行再次分配，通过这一方法可以对有功损耗进行有效地减少。在这一层，无功分配主要采用基于线路损耗最小的无功优化分配策略为各集电线路的光伏发电单元分配无功功率。除此之外，集电线路的发电单元在容量上无法做出进一步的优化，因而受到一定程度的限制，在这种情况之下如果以无功优化系数的方式对其进行分配，便很有可能出现容量无法承载无功功率的现象。针对这一情况，采取的措施主要是：这一集电线路发电单元发出最大无功，而剩余的集电线路发电单元中则重新按照无功优化系数进行合理的分配，一方面可以保证不越限，另一方面也可以最大限度地对无功分配进行有效的优化。

在控制系统的第三层，为了对线路损耗进行一定程度的减少，同时也是为了避免每回集电线路上逆变器无功出力越限，可以按照如下的原则进行无功分配：如果无功给定值大于零，且无功给定值在无功参考值的上限值之内，则全部由发电单元承担；如果无功给定值大于零，且无功给定值在无功参考值的上限值之上，则发电单元输出最大无功指令，剩下的无功值则由其他发电单元承担。

4 结语

本文主要针对光伏电站多并网逆变器无功电压控制进行研究与分析。首先对光伏电站电压控制现状进行了一定程度上的阐述，指出了当前处理光伏电站电压稳定性的各种方式，说明这些处理方式在经济性、技术要求等方面的不足与弊端，然后对光伏电站的结构及并网点与光伏发电单元的电压情况进行了介绍。最后在这一基础之上提出了一种基于光伏电站的三层无功控制策略，并对每一层的具体分配与运行状态进行了分析。综上所述，通过对各个光伏逆变器发出的无功功率进行有效的调节与控制，能够对并网点电压的稳定性进行一定程度的保证，同时也对系统运行过程中的损耗进行了有效降低，节约光伏电站的发电成本。