摘要：作為發(fā)電行業(yè)的新興電能資源，利用太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電的光伏產(chǎn)業(yè)備受世人矚目。面對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波、電壓波動(dòng)、閃變、低電壓穿越等電能質(zhì)量問(wèn)題，本文結(jié)合SVG的特點(diǎn)，介紹了SVG在光伏系統(tǒng)電壓的支撐、諧波抑制、低電壓穿越等功能。通過(guò)對(duì)SVG在光伏現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行的系統(tǒng)電流、電壓的檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步檢驗(yàn)理論分析的可行性。

關(guān)鍵詞：鏈?zhǔn)?/span>SVG, 電壓支撐, 響應(yīng)時(shí)間, 電壓跌落

Power Quality Management In Photovoltaic Power System

Ji Shibin, Yin Ze

(JiangSu Largreen New Energy Technology Co., Ltd.Nanjing,210019)

Abstract：As new energy resources in the power industry , PV system that used of solar power generation has attracted worldwide attention.To solve the problem of the power quality of PV system, such as the harmonic, voltage fluctuation, flicker and low voltage ride through etc,this paper introduction the voltage support,harmonic suppression and low voltage ride through of SVG in PV system.In the last paper, the theoretical  is proved by the analysis of the detection of current and voltage of the SVG in the actual PV system.  

Keywords: cascaded SVG;voltage support;response time;voltage sag

1 引言

《可再生能源法》正式頒布實(shí)施，標(biāo)志著我國(guó)針對(duì)新能源和可再生能源領(lǐng)域的可持續(xù)能源戰(zhàn)略的開(kāi)發(fā)利用已全面展開(kāi)，其中太陽(yáng)能、風(fēng)能作為新能源的主要種類(lèi)越發(fā)得到重視和開(kāi)發(fā)利用。據(jù)HIS太陽(yáng)能研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，2015年中國(guó)分布式光伏(DPV)安裝容量達(dá)4.7吉瓦，較2014年增長(zhǎng)約20%。隨著大規(guī)模分布式光伏系統(tǒng)的接入，光伏系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響越來(lái)越大。例如天氣以及光照強(qiáng)度的不確定性而引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓的波動(dòng)；電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，光伏機(jī)組可能會(huì)因?yàn)殡妷旱溥^(guò)低而脫網(wǎng)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰。

為了提高光伏系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，分布式光伏在進(jìn)行項(xiàng)目組建時(shí)需要加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，對(duì)系統(tǒng)中并網(wǎng)點(diǎn)的電壓進(jìn)行控制。高壓靜止無(wú)功發(fā)生裝置(SVG)本著響應(yīng)時(shí)間快、補(bǔ)償精度高、調(diào)節(jié)范圍寬、損耗小等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越多在光伏系統(tǒng)中得到應(yīng)用.本文對(duì)SVG在光伏系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行了研究，并模擬了系統(tǒng)電壓跌落等故障，實(shí)測(cè)了故障后SVG對(duì)穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的效果,分別對(duì)響應(yīng)時(shí)間和電網(wǎng)電壓波動(dòng)進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了SVG能夠在系統(tǒng)故障時(shí)提供較快的電壓支撐，提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

2 光伏行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)所產(chǎn)生的電能質(zhì)量問(wèn)題主要包括諧波、電壓波動(dòng)、閃變等，其容易影響有功及無(wú)功潮流、頻率控制等特性。

由于受光照角度、環(huán)境溫度、光伏板安裝位置、云量等因素影響，光伏電站的輸出功率會(huì)有所變化，最大變化率甚至超過(guò)額定量的10%，因此產(chǎn)生了發(fā)電量的不穩(wěn)定問(wèn)題，對(duì)饋入電網(wǎng)的諧波產(chǎn)生影響。

圖1：光伏系統(tǒng)輸出有功功率變化曲線(xiàn)

光伏電站的并網(wǎng)需要應(yīng)用到逆變器，該產(chǎn)品的控制技術(shù)與光伏發(fā)電并入電網(wǎng)的品質(zhì)也密切相關(guān)。逆變器輸出在輕載時(shí)，諧波會(huì)明顯變大，在10%額定出力以下時(shí)，電流的總諧波畸變率會(huì)達(dá)到20%以上。

圖2：光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波電流THD

光伏發(fā)電功率隨日照強(qiáng)度變化對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷特性產(chǎn)生影響，它的接入改變了電網(wǎng)潮流方向，將對(duì)現(xiàn)有電網(wǎng)的規(guī)劃、調(diào)度運(yùn)行方式產(chǎn)生應(yīng)用。大量光伏發(fā)電系統(tǒng)的接入電網(wǎng)終端，將加劇電壓波動(dòng)，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定性運(yùn)行^[6]。

3  光伏行業(yè)電能質(zhì)量問(wèn)題的解決案例

面對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波、電壓波動(dòng)、閃變、低電壓穿越等電能質(zhì)量問(wèn)題，SVG以動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間快、無(wú)功連續(xù)可調(diào)以及無(wú)功調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前光伏項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)在選擇SVG時(shí)可以由35kV直掛式和由降壓變與10kV串聯(lián)連接與35kV母線(xiàn)側(cè)。

根據(jù)控制策略的不同，SVG的運(yùn)行方式可以分為恒電流，恒電壓，負(fù)荷跟蹤，恒功率因數(shù)等。在恒電流運(yùn)行方式下，SVG根據(jù)設(shè)定的電流大小來(lái)保持并網(wǎng)點(diǎn)無(wú)功功率的恒定；在負(fù)荷跟蹤運(yùn)行方式下，SVG通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)側(cè)或者負(fù)載側(cè)的無(wú)功電流，通過(guò)閉環(huán)控制來(lái)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，可以根據(jù)功率因數(shù)的設(shè)定值來(lái)將功率因數(shù)控制在設(shè)定范圍內(nèi)；恒電壓的運(yùn)行方式為SVG跟蹤目標(biāo)電壓，對(duì)采集的電壓與目標(biāo)電壓進(jìn)行PI控制，保證并網(wǎng)點(diǎn)電壓的恒定^[1,7]。

3.1光伏系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖3：SVG光伏現(xiàn)場(chǎng)連接示意圖

3.2電壓支撐理論分析

設(shè)SVG的無(wú)功補(bǔ)償容量為Q，帶負(fù)載未連接補(bǔ)償器時(shí)連接點(diǎn)的正常工作電壓為，系統(tǒng)短路容量為，系統(tǒng)阻抗為Xs。

3.3案例概述

依據(jù)傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償容量的算法，一般光伏電站需配置的無(wú)功補(bǔ)償容量約為光伏系統(tǒng)發(fā)電容量的10%左右。針對(duì)新疆庫(kù)爾勒尉犁縣某20Mvar光伏發(fā)電系統(tǒng)，提出了35kV直掛式SVG和經(jīng)由降壓變與10kV SVG結(jié)合兩種方案給項(xiàng)目部選擇，最終選用后種方案。產(chǎn)品中部分元件參數(shù)：SVG降壓變壓器S11-2000/35/10，變壓器短路阻抗10%，裝置為±2Mvar，系統(tǒng)最小短路容量64MVA。

根據(jù)方案中的數(shù)據(jù)分析出

3.3.1數(shù)據(jù)分析

 手動(dòng)檢測(cè)電壓支撐情況，SVG未投入運(yùn)行時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓偏高，達(dá)到37.01kV。將SVG設(shè)定在恒電流運(yùn)行模式，通過(guò)手動(dòng)輸入感性電流由-10A~-115A額定，觀(guān)察SVG投入后的并網(wǎng)點(diǎn)電壓波形。SVG運(yùn)行-115A時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓為36.37kV,與未投入時(shí)電壓相比降低0.64kV，和理論分析的數(shù)據(jù)（0.63kV）一致。見(jiàn)圖4

圖4：恒電流模式SVG運(yùn)行電流-并網(wǎng)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù)

  根據(jù)手動(dòng)運(yùn)行的情況，針對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的母線(xiàn)電壓的情況以及參考裂解保護(hù)值設(shè)定，將SVG設(shè)定在恒電壓運(yùn)行模式，并網(wǎng)點(diǎn)目標(biāo)控制電壓為36.4kV(客戶(hù)可以并網(wǎng)點(diǎn)電壓修改目標(biāo)控制電壓值)，運(yùn)行SVG，觀(guān)察SVG運(yùn)行數(shù)據(jù)及并網(wǎng)點(diǎn)電壓，見(jiàn)圖5

圖5：恒電壓模式SVG運(yùn)行電流-并網(wǎng)點(diǎn)電壓數(shù)據(jù) 

3.3.2 響應(yīng)時(shí)間測(cè)試波形

裝置動(dòng)態(tài)無(wú)功響應(yīng)時(shí)間主要是并網(wǎng)點(diǎn)電壓異常升高或者降低，無(wú)功裝置通過(guò)目標(biāo)電壓值與采樣電壓值換算后輸出的無(wú)功電流值90%所需要的時(shí)間。裝置在做測(cè)試時(shí)可以通過(guò)手動(dòng)設(shè)定目標(biāo)電壓值或者在電壓采樣回路中串入電阻來(lái)模擬電壓跌落進(jìn)行響應(yīng)時(shí)間的測(cè)試。

圖6為產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)電壓支撐時(shí)的響應(yīng)時(shí)間測(cè)試，約為22.19ms，滿(mǎn)足光伏發(fā)電站對(duì)無(wú)功補(bǔ)償裝置30ms的要求^[5]。

                       圖6：SVG恒電壓下響應(yīng)時(shí)間測(cè)試

3.3.3諧波電流測(cè)量

將電能質(zhì)量分析儀掛在系統(tǒng)測(cè)量回路側(cè)，采集SVG投入、切除時(shí)系統(tǒng)電流數(shù)據(jù)，將采樣的數(shù)據(jù)綜合分析比對(duì)，可以看出SVG 在諧波上面有良好的補(bǔ)償效果。

表1：SVG諧波補(bǔ)償數(shù)據(jù)分析

 4 結(jié)論

本文主要介紹了光伏發(fā)電行業(yè)電能質(zhì)量現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，針對(duì)光伏電能問(wèn)題提出可行性解決方案。從應(yīng)用案例中可以看出，通過(guò)恒電流模式手動(dòng)給定無(wú)功電流，SVG在光伏電網(wǎng)中能起到一定的電壓支撐作用。在恒電壓模式下，通過(guò)PID控制算法使SVG輸出控制目標(biāo)電壓值,并在試驗(yàn)過(guò)程中采用電量記錄儀和電能質(zhì)量分析儀對(duì)響應(yīng)時(shí)間、系統(tǒng)電流進(jìn)行了測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，SVG具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，無(wú)功輸出可調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，并能對(duì)系統(tǒng)中的諧波有很好的抑制，從而能提高整個(gè)光伏系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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作者簡(jiǎn)介：

季石斌（1983—），男，本科，研發(fā)工程師，主要研究方向電力電子控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電能質(zhì)量?jī)?yōu)化治理；

Email：sellcat@163.com

尹澤（1989—），男，本科，投資開(kāi)發(fā)部，主要方向?yàn)樾履茉措娬?、電?dòng)汽車(chē)、BIPV等項(xiàng)目的投資建設(shè)；

季石斌

南京市建鄴區(qū)廬山路188號(hào)新地中心一期2801

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