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大規(guī)模光伏電站的開(kāi)發(fā)為新能源的使用帶來(lái)了機(jī)遇，但是與此同時(shí)也為電力系統(tǒng)的運(yùn)行帶來(lái)很多的影響，其中最為顯著的是無(wú)功電壓?jiǎn)栴}，針對(duì)大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓不穩(wěn)定好的問(wèn)題，提出一種無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制策略，通過(guò)方針實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明能夠獲得穩(wěn)定的電壓，具有可行性可有效性。
開(kāi)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(guò)高的成本.目前還未能充分進(jìn)入市場(chǎng)。光伏發(fā)電市場(chǎng)前景廣闊，隨著光伏電站的使用，分布范圍越來(lái)越廣，電網(wǎng)無(wú)功電壓調(diào)整難度也是越來(lái)越大，本文主要分析大規(guī)模光伏電站的無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制策略。
1.光伏發(fā)電無(wú)功電壓分析
對(duì)于光伏發(fā)電本身而言，通常采用的運(yùn)行方式為恒定功率的并網(wǎng)運(yùn)行，從理論上來(lái)分析不與其所處的電網(wǎng)發(fā)生無(wú)功交換過(guò)程，但是在運(yùn)行過(guò)程中存在無(wú)功損耗問(wèn)題，因此在實(shí)際的運(yùn)行中光伏電站需要吸收無(wú)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(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)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(dá)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(diǎn)電壓水平安裝武工補(bǔ)償裝置。
2.光伏發(fā)電無(wú)功電壓常見(jiàn)的控制模式
目前光伏電站無(wú)功電壓的控制時(shí)一般是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制，第一級(jí)無(wú)功電壓主要是協(xié)調(diào)無(wú)功電壓設(shè)備;第二級(jí)無(wú)功電壓控制主要是通過(guò)協(xié)調(diào)無(wú)功電壓設(shè)備，控制母線電壓和重要無(wú)功電壓設(shè)備;第三級(jí)無(wú)功電壓控制則是通過(guò)優(yōu)化無(wú)功設(shè)備范圍，結(jié)合二級(jí)無(wú)功電壓控制來(lái)協(xié)調(diào)無(wú)功電壓。
2.1二級(jí)電壓控制
二級(jí)無(wú)功電壓控制策略，主要是在一級(jí)電壓控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變電壓控制機(jī)端電壓設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)分機(jī)組電費(fèi)協(xié)調(diào)控制。由于光伏發(fā)電是采用并網(wǎng)方式，二級(jí)無(wú)功電壓控制方式非常適合于大規(guī)模光伏電壓無(wú)功電壓控制。在我國(guó)傳統(tǒng)的二級(jí)無(wú)功電壓控制策略中，要求電壓送出點(diǎn)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(yùn)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(wú)功調(diào)節(jié)能力，維持電網(wǎng)重要電源點(diǎn)的電壓水平穩(wěn)定。
2.2三級(jí)電壓控制
三級(jí)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(jì)效益，依照電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)各個(gè)區(qū)域中樞母線電壓和二級(jí)無(wú)功電壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)三級(jí)電壓控制策略。三級(jí)無(wú)功電壓控制策略更加適合于低電壓接地的光伏電站，在進(jìn)行控制中，除去一些常規(guī)優(yōu)化計(jì)算之外，還需要考慮到廣發(fā)并網(wǎng)發(fā)電的運(yùn)行特點(diǎn)。依照動(dòng)態(tài)調(diào)整三級(jí)無(wú)功電壓的建模方式滿足電網(wǎng)調(diào)節(jié)的需求，在計(jì)算重要聯(lián)絡(luò)線蜈蚣設(shè)定范圍中，需要考慮各個(gè)區(qū)院內(nèi)的調(diào)節(jié)能力，保證無(wú)功電壓運(yùn)行能力。
3.光伏發(fā)電無(wú)功電壓協(xié)調(diào)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(wú)功電壓控制策略。
3.1控制方案和原理分析
在本設(shè)計(jì)的控制方案中采用的控制策略主要由SCADA系統(tǒng)、無(wú)功協(xié)調(diào)控制器和MMS網(wǎng)絡(luò)通信組成，其中無(wú)功協(xié)調(diào)控制器以及電壓調(diào)節(jié)電子設(shè)備等都是采用總線方式來(lái)連接，光伏電站的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和采集信息功能。
光伏電站無(wú)功控制策略核心模塊的協(xié)調(diào)控制器主要是由檢測(cè)模塊、電壓調(diào)節(jié)控制模塊、出發(fā)模塊以及通信模塊組成。檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)包括了系統(tǒng)電壓、電流采樣值的檢測(cè);電壓調(diào)節(jié)控制模塊是將檢測(cè)模塊的測(cè)量值與設(shè)定值相比較，輸出信號(hào);觸發(fā)模塊的設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)光伏電站逆變器以及電容組的控制;通信模塊的設(shè)計(jì)獲得調(diào)節(jié)指令，并將采樣值上傳到SCADA系統(tǒng)。光伏發(fā)電無(wú)功調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括了控制和調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠精確計(jì)算到導(dǎo)通角等。
3.2調(diào)壓過(guò)程
在并網(wǎng)點(diǎn)上安裝電流、電壓互感器，測(cè)量電壓、電流，并比較電源偏差，ΔU=|Umea-Uref|，設(shè)置允許電壓誤差偏差的δ，與ΔU比較，辨識(shí)光伏電站與電網(wǎng)之間的阻抗X，計(jì)算光伏電站的無(wú)功目標(biāo)值Qtarget=(Uref-Umea)/X+QmeaUref/Umea，判斷檢測(cè)到的電壓波動(dòng)與短路時(shí)的允許電壓偏差帶的差異，如果是，立刻進(jìn)入到經(jīng)濟(jì)電壓控制策略，否則，通過(guò)分配策略將無(wú)功目標(biāo)值依照光伏逆變器、電容器等進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
假設(shè)光伏電站有m個(gè)SVC裝置、電容器k個(gè)、光伏逆變器n個(gè)，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(jì)算光伏逆變器、SVC和電容器的總無(wú)功容量范圍。比較分析光伏電站的無(wú)功目標(biāo)值與Qmea，得到無(wú)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(wú)功調(diào)節(jié)由光伏逆變器實(shí)現(xiàn)，無(wú)功量依照等比例分配原則計(jì)算為ΔQ/n;如果ΣQgtotal≤ΔQ≤ΣQgtotal+ΣQstotal，無(wú)功電壓調(diào)節(jié)依靠光伏逆變器和SVC共同實(shí)現(xiàn)，ΣQstotal由逆變器提供，剩余的由SVC提供，SVC無(wú)功調(diào)節(jié)量為(ΔQ-ΣQstotal)/m;在ΣQgtotal+ΣQstotal≤ΔQ≤ΣQgtotal+ΣQstotal+ΣQctotal，無(wú)功電壓調(diào)節(jié)由光伏變電器、電容器組和SVC以及分接頭共同實(shí)現(xiàn)。
3.3仿真實(shí)驗(yàn)
在本方針實(shí)驗(yàn)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(gè)，所有的單元均采用的是2臺(tái)500kw逆變器，全站共20臺(tái)。光伏逆變器母線電壓0.4kV，經(jīng)過(guò)升壓變壓器并入電網(wǎng)，出組處安裝了10組電容器和5臺(tái)SVC，在光伏逆變器出口處接入5MW負(fù)荷。
圖1 光伏電站無(wú)功功率輸出
加入光伏電站正常運(yùn)行情況下在2.6g時(shí)出現(xiàn)功率的波動(dòng)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(diǎn)在有無(wú)電壓控制下的無(wú)功功率變化情況，見(jiàn)圖1所示，加入無(wú)功電壓控制后，無(wú)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(wú)功功率。當(dāng)符合波動(dòng)時(shí)，如實(shí)不進(jìn)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(wú)功電壓控制后，滿足他要求，因此此設(shè)計(jì)能夠保證光伏電站電壓穩(wěn)定，具有可行性和有效性。
【結(jié)束語(yǔ)】：
綜上所述，本文先簡(jiǎn)單分析了光伏電站的無(wú)功電壓特點(diǎn)以及常見(jiàn)的控制策略，重點(diǎn)研究大規(guī)模光伏電站的無(wú)功電壓協(xié)調(diào)策略，以控制并網(wǎng)點(diǎn)的電壓為依據(jù)，計(jì)算無(wú)功需求，獲得更加合理的無(wú)功功率分配，仿真結(jié)果表示該策略具有可行性和有效性。
開(kāi)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(guò)高的成本.目前還未能充分進(jìn)入市場(chǎng)。光伏發(fā)電市場(chǎng)前景廣闊，隨著光伏電站的使用，分布范圍越來(lái)越廣，電網(wǎng)無(wú)功電壓調(diào)整難度也是越來(lái)越大，本文主要分析大規(guī)模光伏電站的無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制策略。
1.光伏發(fā)電無(wú)功電壓分析
對(duì)于光伏發(fā)電本身而言，通常采用的運(yùn)行方式為恒定功率的并網(wǎng)運(yùn)行，從理論上來(lái)分析不與其所處的電網(wǎng)發(fā)生無(wú)功交換過(guò)程，但是在運(yùn)行過(guò)程中存在無(wú)功損耗問(wèn)題，因此在實(shí)際的運(yùn)行中光伏電站需要吸收無(wú)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(dǎo)致電網(wǎng)運(yùn)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(dá)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(diǎn)電壓水平安裝武工補(bǔ)償裝置。
2.光伏發(fā)電無(wú)功電壓常見(jiàn)的控制模式
目前光伏電站無(wú)功電壓的控制時(shí)一般是根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行控制，第一級(jí)無(wú)功電壓主要是協(xié)調(diào)無(wú)功電壓設(shè)備;第二級(jí)無(wú)功電壓控制主要是通過(guò)協(xié)調(diào)無(wú)功電壓設(shè)備，控制母線電壓和重要無(wú)功電壓設(shè)備;第三級(jí)無(wú)功電壓控制則是通過(guò)優(yōu)化無(wú)功設(shè)備范圍，結(jié)合二級(jí)無(wú)功電壓控制來(lái)協(xié)調(diào)無(wú)功電壓。
2.1二級(jí)電壓控制
二級(jí)無(wú)功電壓控制策略，主要是在一級(jí)電壓控制的基礎(chǔ)上，通過(guò)改變電壓控制機(jī)端電壓設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)分機(jī)組電費(fèi)協(xié)調(diào)控制。由于光伏發(fā)電是采用并網(wǎng)方式，二級(jí)無(wú)功電壓控制方式非常適合于大規(guī)模光伏電壓無(wú)功電壓控制。在我國(guó)傳統(tǒng)的二級(jí)無(wú)功電壓控制策略中，要求電壓送出點(diǎn)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(yùn)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(wú)功調(diào)節(jié)能力，維持電網(wǎng)重要電源點(diǎn)的電壓水平穩(wěn)定。
2.2三級(jí)電壓控制
三級(jí)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(jì)效益，依照電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)各個(gè)區(qū)域中樞母線電壓和二級(jí)無(wú)功電壓控制來(lái)實(shí)現(xiàn)三級(jí)電壓控制策略。三級(jí)無(wú)功電壓控制策略更加適合于低電壓接地的光伏電站，在進(jìn)行控制中，除去一些常規(guī)優(yōu)化計(jì)算之外，還需要考慮到廣發(fā)并網(wǎng)發(fā)電的運(yùn)行特點(diǎn)。依照動(dòng)態(tài)調(diào)整三級(jí)無(wú)功電壓的建模方式滿足電網(wǎng)調(diào)節(jié)的需求，在計(jì)算重要聯(lián)絡(luò)線蜈蚣設(shè)定范圍中，需要考慮各個(gè)區(qū)院內(nèi)的調(diào)節(jié)能力，保證無(wú)功電壓運(yùn)行能力。
3.光伏發(fā)電無(wú)功電壓協(xié)調(diào)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(wú)功電壓控制策略。
3.1控制方案和原理分析
在本設(shè)計(jì)的控制方案中采用的控制策略主要由SCADA系統(tǒng)、無(wú)功協(xié)調(diào)控制器和MMS網(wǎng)絡(luò)通信組成，其中無(wú)功協(xié)調(diào)控制器以及電壓調(diào)節(jié)電子設(shè)備等都是采用總線方式來(lái)連接，光伏電站的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和采集信息功能。
光伏電站無(wú)功控制策略核心模塊的協(xié)調(diào)控制器主要是由檢測(cè)模塊、電壓調(diào)節(jié)控制模塊、出發(fā)模塊以及通信模塊組成。檢測(cè)模塊的設(shè)計(jì)包括了系統(tǒng)電壓、電流采樣值的檢測(cè);電壓調(diào)節(jié)控制模塊是將檢測(cè)模塊的測(cè)量值與設(shè)定值相比較，輸出信號(hào);觸發(fā)模塊的設(shè)計(jì)主要是實(shí)現(xiàn)光伏電站逆變器以及電容組的控制;通信模塊的設(shè)計(jì)獲得調(diào)節(jié)指令，并將采樣值上傳到SCADA系統(tǒng)。光伏發(fā)電無(wú)功調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括了控制和調(diào)節(jié)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠精確計(jì)算到導(dǎo)通角等。
3.2調(diào)壓過(guò)程
在并網(wǎng)點(diǎn)上安裝電流、電壓互感器，測(cè)量電壓、電流，并比較電源偏差，ΔU=|Umea-Uref|，設(shè)置允許電壓誤差偏差的δ，與ΔU比較，辨識(shí)光伏電站與電網(wǎng)之間的阻抗X，計(jì)算光伏電站的無(wú)功目標(biāo)值Qtarget=(Uref-Umea)/X+QmeaUref/Umea，判斷檢測(cè)到的電壓波動(dòng)與短路時(shí)的允許電壓偏差帶的差異，如果是，立刻進(jìn)入到經(jīng)濟(jì)電壓控制策略，否則，通過(guò)分配策略將無(wú)功目標(biāo)值依照光伏逆變器、電容器等進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。
假設(shè)光伏電站有m個(gè)SVC裝置、電容器k個(gè)、光伏逆變器n個(gè)，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(jì)算光伏逆變器、SVC和電容器的總無(wú)功容量范圍。比較分析光伏電站的無(wú)功目標(biāo)值與Qmea，得到無(wú)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(wú)功調(diào)節(jié)由光伏逆變器實(shí)現(xiàn)，無(wú)功量依照等比例分配原則計(jì)算為ΔQ/n;如果ΣQgtotal≤ΔQ≤ΣQgtotal+ΣQstotal，無(wú)功電壓調(diào)節(jié)依靠光伏逆變器和SVC共同實(shí)現(xiàn)，ΣQstotal由逆變器提供，剩余的由SVC提供，SVC無(wú)功調(diào)節(jié)量為(ΔQ-ΣQstotal)/m;在ΣQgtotal+ΣQstotal≤ΔQ≤ΣQgtotal+ΣQstotal+ΣQctotal，無(wú)功電壓調(diào)節(jié)由光伏變電器、電容器組和SVC以及分接頭共同實(shí)現(xiàn)。
3.3仿真實(shí)驗(yàn)
在本方針實(shí)驗(yàn)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(gè)，所有的單元均采用的是2臺(tái)500kw逆變器，全站共20臺(tái)。光伏逆變器母線電壓0.4kV，經(jīng)過(guò)升壓變壓器并入電網(wǎng)，出組處安裝了10組電容器和5臺(tái)SVC，在光伏逆變器出口處接入5MW負(fù)荷。
圖1 光伏電站無(wú)功功率輸出
加入光伏電站正常運(yùn)行情況下在2.6g時(shí)出現(xiàn)功率的波動(dòng)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(diǎn)在有無(wú)電壓控制下的無(wú)功功率變化情況，見(jiàn)圖1所示，加入無(wú)功電壓控制后，無(wú)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(wú)功功率。當(dāng)符合波動(dòng)時(shí)，如實(shí)不進(jìn)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(wú)功電壓控制后，滿足他要求，因此此設(shè)計(jì)能夠保證光伏電站電壓穩(wěn)定，具有可行性和有效性。
【結(jié)束語(yǔ)】：
綜上所述，本文先簡(jiǎn)單分析了光伏電站的無(wú)功電壓特點(diǎn)以及常見(jiàn)的控制策略，重點(diǎn)研究大規(guī)模光伏電站的無(wú)功電壓協(xié)調(diào)策略，以控制并網(wǎng)點(diǎn)的電壓為依據(jù)，計(jì)算無(wú)功需求，獲得更加合理的無(wú)功功率分配，仿真結(jié)果表示該策略具有可行性和有效性。
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