探究光伏电站低电压穿越时的无功控制策略

莫林

摘  要：本文将围绕光伏电站低电压穿越的主要要求进行分析讨论，阐述光伏电站采用的逆变器特点，提出搭建平台、控制功率因数、计算输电耗损、操控穿越能力等一系列光伏电站低电压穿越时的无功控制策略，以此打造优良的电网运行环境，确保无功设备的稳定运行。

关键词：光伏电站;无功控制策略;逆变器

引言：

低压穿越能力是指光伏发电系统端电压减少到一定值条件下不脱离电网，维持正常运行，甚至为系统提供一定功从而帮助系统恢复电压的能力。本文将以此作为研究中心，切实增强系统的低压穿越能力，以此满足居民多样化的生活用电需求，打造稳定、安全的电网运行环境。为了确保后续提出的光伏电站低电压穿越时的无功控制策略更具有针对性与适用性，需要对光伏电站低电压穿越的主要要求进行深入了解。

一、光伏电站低电压穿越的主要要求分析

第一，我国光伏發电站的发展特点以低电压接地接入以及中高压接入并存为主，因此在实践环节逐渐呈现出一些不稳定的运行情况，为了确保电网运行空间稳定，需要电网公司注重光伏电站接入电网技术规范的融合应用，对光伏电站采取实时监控，使其始终处在持续并网运行的状态下。第二，在并网光伏电站低压穿越环节需要重视将最低电压维持在额定电压的0.9倍，同时要将光伏电站运行时间T1设为1s、T2为3s，从而满足电网运行需求，保持最佳的运行状态。第三，并网光伏站低电压穿越时需要无功电流数值为0，所以技术人员需要在操控光伏发电系统时保证其故障后的无功电流为：

IB=kIN（△U/UN）（k≥2）

二、光伏电站中采用的逆变器探究

（一）单组式逆变器

目前我国采用的逆变器大多为集中式逆变器的简化产品，只有单组光电模块需要连接在逆变器上，借助该逆变器使其位于直流侧时具有最大功率跟踪功能，而在交流侧并联网中单组式逆变器的滞留电压偏大，无需进行电压放大处理，若逆变器具有直流升压电路，也可串联少量光电模块，并用在中功率环境中。与集中式逆变器相比，单组逆变器不受遮影影响，也不存在分组二极管，因此不会产生在分组二极管上的功率损耗，可以有效降低成本，优化可靠性。

（二）多组式逆变器

多组式逆变器属于单组逆变器的进一步发展，能够利用独立的变换器与公用的逆变器连接，且每组光伏阵列都可实现独立控制，变换器主要负责光伏阵列的最大功率跟踪与控制，能够提升电压功能，逆变器则负责输出交流电流，这样操作人员便可采用多个模块组成光伏发电系统。该系统具有良好的扩建性，由于每组都包含独立的变换器，因此可以将组串遮影影响降到最低。

三、光伏电站低电压穿越时的无功控制策略分析

（一）基本思想

在光伏系统接入电网运行环境的过程中，容易出现扰动诱发以及故障现象，为了解决此类问题，相关电网企业需要加强对电网运行环境的把控，将无功补偿设备投入到光伏电站当中，及时消除电网故障问题。但根据实际调查显示，许多电网公司没有重视光伏逆变器性能的充分发挥，导致故障解决效果不佳，因此需要企业加强对光伏逆变器性能的关注程度，将10kv或35kv的交流母线接入到电网中，借助无功整定的方法使控制点电压变化状况转变为无功输出参考数据，之后根据逆变器无功输出参考数据，实现控制点电压的支撑，以此达到保证系统最佳运行效果的目的。除此之外，在确定无功控制策略的基本思想过程中需要明确光伏逆变装置的实际无功功率，其计算公式为：

Qrefi=QrefQimax/Qtmax

其中Qref表示无功参考量，Qimax表示逆变器无功功率极限值，Qtmax表示光伏电站无功功率极限值。

（二）平台搭建

光伏逆变器作为无功控制时能够起到重要影响作用的设备，需要为其组建专门的运行平台，利用三相六桥并网拓扑结构，进一步推动直流电向交流电的转变。在该平台中，逆变器的输出是确保并网光伏电站完成低压穿越的关键节点，当产生过电流时会使逆变器跳开，甚至会破坏逆变器的正常使用，造成光伏电站脱网，因此为了解决此类问题，需要进一步强化系统低电压穿越效果，做好内环有功电流的把控。由于光伏电站本身无转动部分，一旦出现安全故障，直流侧电压大小的变化幅度相对较小，此时输出电流便成为了能够影响低电压穿越效果的主要因素，而无功电流的控制难度较大，最佳的控制方法往往是利用控制有功电流的给定值，实现有功电流的间接把控，以此达到控制输出电流的目的。

若在故障期间，并网交流测电压的下降幅度高于80%，仍可通过控制对策的保护避免出现光伏电站脱网状况，同时由于输出功率产生一定变化，直流侧电压会呈现适当提升，而直流侧电流则会呈现一定程度的减少。由此可知，该方法的低压穿越效果优良，可以保障电网的正常运行。并且在低压穿越环节，还能进一步保证无功功率的输出，能够为电网输出提供0.1pu的无功功率，从而降低并网点电压跌落量。根据实际调查显示，额外无功功率能够使并网点电压落差由以往的0.8倍降低至0.6倍，可以被控制在0.45pu以下。而在有功电流限制在指定范围时，只有在故障出现时以及故障终止时会出现单个跳动，其余时间保持不变。

（三）无功控制措施

第一，控制功率因数，当电网不存在无功交换时，电网企业需要在操控光伏电站低电压穿越的环境中将功率因数作为控制目标，要求做好35kv变压器高压侧母线功率因数的把控与调节，通常需滞后0.9s以上，此时电网能够发出少量无功，且无功大小需要由有功大小决定，该控制方法能够有效缓解电网耗损现象，促进电网的正常运行。若光伏电站低压穿越过程中所发出的有功数值较小，且机组冗余容量偏大，但在功率因数保持不变的条件下，发电机仍持续不断发出无功，此时采用功率因数的控制方案便无法对电压波动起到良好的抑制效果，也难以稳定母线电线，甚至情况严重时会导致光伏电站电机脱网，这时便需要采取另一种无功控制措施。

第二，计算支路潮流，具体的输电损耗公式为：

△P=R·P2U2+R·Q2U2

线路压降的计算公式则为：

△U≈（P·R+Q·X）U

上述公式中，R表示线路电阻，U表示母线电压，X表示线路电抗，P表示有功功率，Q表示无功功率。根据计算可知无功功率与母线电压呈反比关系，即母线电压越高，則输送无功功率越小，而输电耗损以及线路压降则与输送无功功率呈正比关系。当无功功率数值为0时，线路压降便代表经济压差，而线路无功分点则表示中点。

区域无功通常会出现两种情况，分别为过补与欠补，因此电压无功控制系统的无功控制同样可分为无功切除与无功投入，当区域无功切除过程中，首先需要从区域根结点实现扫描处理，若区域无功高于标准无功，且偏差大于带宽，则电压无功自动控制系统便要对区域无功进行切除。在区域无功投入使用的过程中，一方面要从区域末端节点实施扫描处理，若区域无功低于标准无功，且偏差高于带宽，则电压无功自动控制系统便要开展区域无功投入，当某站投入电容器时，要全面探究投入电容器的无功是否存在超过上限的情况，若电容器在投入使用后无功并未超过上限，则可投入电容器，并在投入过程中做好电压的分析，若电容器投入后电压存在超过上限的情况，则要预先进行档位下调，最后再投入电容器。

结论：综上所述，通过对光伏电站低电压穿越的主要要求进行分析讨论，探究光伏电站中采用的逆变器，并提出对光伏电站低电压穿越时的无功控制策略，从而降低电网耗损，切实满足居民的用电需求，促进电网的稳定、安全运行。

参考文献：

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