光伏电站接入系统有功功率控制和无功电压调节系统分析技术

余泳，田云飞，徐昊亮，张中丹，杨昌海，王仕俊，张海生，孙亚璐

（国网甘肃省电力公司经济技术研究院，甘肃兰州730050）

光伏电站接入系统有功功率控制和无功电压调节系统分析技术

余泳，田云飞，徐昊亮，张中丹，杨昌海，王仕俊，张海生，孙亚璐

（国网甘肃省电力公司经济技术研究院，甘肃兰州730050）

针对甘肃电网大规模新能源接入甘肃电网，特别是光伏电站接入甘肃电网所存在问题的分析，提出电网加装有功功率控制系统和无功电压调节控制系统的解决方法，优化功率调节手段。通过梳理分析透彻，科学合理地分析和处理当前的任务。

光伏电站；甘肃电网；新能源；电网电压；有功功率控制；无功调节

引言

甘肃省能源较为丰富，不仅有石油、煤炭、天然气，还有大量可再生利用的如太阳能、风能等新能源。甘肃是我国最为丰富的太阳能三大区域之一，全省各地年日照时数1 710～3 320 h，年太阳能总辐射量在3800～6830MJ/m2，年资源理论储量6.7 kW×10 113h，可开发量2.671 831 kW×10 113 h，开发利用太阳能资源建设光伏电站具有得天独厚的优越条件[1]。

甘肃省建立了大规模区域光伏发电示范基地，利用光伏进行发电。近年来随着大规模新能源的接入，甘肃电网消纳能力有限，限电情况普遍，因此,如何提高光伏电站出力，保证电网稳定运行，对光伏电站接入系统功率控制系统进行有效监测和分析愈显重要。

在不考虑天气巨变、云层遮挡等因素致使光辐照度快速减小的情况下，需要上网的小型和中型光伏电站应具有一定的有功功率控制能力。通过协同的安全自动装置对光伏电站进行有功功率控制和无功电压调节,在发生重大系统故障时保证电网的稳定运行至关重要，已成为发展趋势[2]。

1 光伏电站出力特性分析

光伏电站典型晴天、多云天日出力曲线见图1、图2。从图中可以看出，光伏电站在日照充足时出力形状类似正弦半波，曲线平滑，中午时分达到最大值，阴天有云时，数据显示辐照度变化大，光伏电站的出力短时间出现大幅波动。

图1 典型晴天光伏电站出力特性

图2 典型多云天光伏电站出力特性

在考虑光伏电站接入系统时，电力平衡中涉及到电网内全部光伏电站，区域光伏规模的增加，光电站最大出力的同时率会进一步降低，在电力平衡计算中，区域光伏最大出力为装机容量的85%考虑。

2 对光伏电站接入的电网技术分析

2.1 光伏电站具有低电压穿越能力，避免在电网电压异常时脱网

在光伏电站接入系统规定中，电力系统若发生故障，并网点考核电压应在电压允许的区域内时，光伏电站保证不间断并网运行，否则光伏电站不向电网送电；光伏电站并网点电压跌至0标称电压时，光伏电站能够保证不间断并网运行0.15 s；光伏电站并网点电压在发生跌落后2 s内能够恢复到标称电压的90%时，光伏电站能够保证不间断并网运行。

电网故障期间没有切出的光伏电站，其有功功率在故障清除后应快速恢复，自故障清除时刻开始，以至少10%额定功率/s的功率变化率恢复至故障前的值。

2.2 甘肃电网新能源有功功率控制系统

1）对于甘肃省上网大中型光伏电站需配置有功功率控制系统，接受调度部门发送的有功功率及有功功率变化的控制指令，按调度部门指定运行方式运行。小型光伏电站应需具有一定的有功功率控制能力，按调度部门指定运行方式运行。

2）在电网发生故障或紧急状态下，大中型光伏电站按调度部门的控制命令进行有功功率的输出，必要时通过安全自动装置进行自动减载光伏电站有功功率或切除光伏电站。

2.3 电网电压和频率控制

大中型光伏电站在电网发生扰动后，电网电压和频率未恢复正常范围之前，不允许并网，当在电网电压和频率恢复正常后，小型光伏电站应经过一定延时后方可并网，大中型光伏电站应按调度允许方式和指令执行，不可自行并网。

光伏电站接入系统稳定分析中主要考虑其电压稳定问题，最低电压回升，并且不产生增幅振荡，中枢点或某一地区的电压不持续低于0.7 p.u.时，认为系统稳定[3-4]。

3 甘肃电网有功功率控制优化策略实例分析

3.1 功率控制系统总体结构

甘肃电网功率控制系统总体结构如图3系统拓朴图所示。有功功率控制系统和无功/电压控制系统主要由智能通讯管理终端和维护工作站组成。其中，光伏电站智能通讯终端是系统核心设备，完成通信和数据采集、信息上传、AGC、AVC功能。维护工作站通过局域网与智能通讯终端连接，提供系统监控和维护功能。

图3 系统拓朴图

有功功率控制系统和无功/电压控制系统与省电力公司主站系统通信方式可采用上图所示方案，但不局限于此方式，可直接通过电力调度数据网与主站进行信息交互。

3.2 甘肃电网电压/无功调节系统

甘肃省调度主站系统现还配置了一套无功电压和频率控制系统，完成对全省新能源接入的无功电压调节与控制。

上网光伏电站配置无功电压和频率调节控制子站系统，接受甘肃省调度命令，参与调节光伏电站的调节无功补偿设备投入量、无功功率及光伏电站升压变压器的变比等。

3.3 光伏发电功率预测预报系统

光伏电站安装电站端功率预测系统，收集气象资料，研究并积累电气对光伏电站输出功率的变化规律，不断提高预报精度，实现光伏电站短期、超短期、中长期功率预测。短期预测的时间尺度为未来0～24 h，并向电力调度机构上传功率预测结果。电力调度机构根据光伏发功率超短期预测结果和实际运行情况对日发电调度计划曲线进行调整。

4 功率控制和电压调节运行

4.1 新能源发电系统运行方式

新能源发电系统具有两种运行方式，即并网运行和离网运行。离网运行时需要考虑其发电的不稳定性，在构建离网性光伏电站时需要协调储能或其他稳定能源进行稳压稳频，以保证光伏系统安全稳定运行；并网运行的光伏在运行时以电网作为稳压稳频的基础，通过与电网相结合，可以缓解负荷高峰供电压力，发挥其自身优势[5-6]。

4.2 光伏电站运行控制措施

1）加强SVC、SVG装置运行管理。

光伏电站并网运行时，必须将动态无功补偿装置投入运行，并且按照调度所下定值制定调节模式与调节目标值。同一升压站如安装多台SVC、SVG装置，相互之间需实现协调功能。升压站电能质量监测装置必须投入运行，以监视动态无功补偿装置运行时的电能质量，并且将信息实现数据上传。

2）各光伏电站业主应与逆变器制造厂家积极协调，优化保护与控制系统间的配合关系，并报相应调度机构备案，使主控系统和低电压穿越功能相配合。

3）建议光伏电站建立或完善设备巡视和缺陷管理制度，加强人员培训和运行管理，及时发现并消除设备安全隐患。

4)对投运的光伏逆变器进行并网前实验，电气实验实测报告通过方可并网，达不到要求者不予并网。

5 电网有功功率控制和无功调节系统配置

5.1 有功功率控制系统配置情况

甘肃电网大中型光伏电站需要安装有功功率控制系统一套，能够接收并执行电网调度远传的有功出力控制信号，进行有功功率调节和控制，大中型光伏电站内还具有调节功率变化率能力，接受因太阳光辐照度变化引起的输出功率变化的情况。

5.2 电压/无功调节系统配置情况

大中型光伏电站需要安装有功功率控制系统一套，电站的功率因数宜在0.98（超前）～0.98（滞后）范围内，电网电压调节方式、参考电压、电压调差率等由电网调度主战系统调节。

小型光伏电站输出有功功率应根据接入电网的论证计算结果，确定功率因数的控制区间。

5.3 动态无功补偿装置

甘肃电网上网大中型光伏电站需要配置容量可调节的、容性1.0MVar～感性1.0MVar的动态无功补偿装置，采用全容量动态无功补偿装置SVG。动态无功补偿装置响应时间不大于30ms，并能分相调节。

5.4 功率控制系统接口和通信

1）系统与主站通信接口。

系统与主站接口功能包括：系统向主站传送采集的现场实时数据，光伏电站接收的主站信息包括:主站下发的光伏电站发电出力计划曲线/电压曲线，以及由主站发送的有功/电压调节指令等。

主站实时数据采集和控制，直接通过调度数据网络生产控制大区I区，与有功功率控制系统和无功/电压控制系统采用标准通信规约（IEC60870-5系列标准）实现通信接口功能。

2）系统与光伏电站监控系统通信。

系统需实现标准通信规约（IEC61850、IEC60870-5系列标准等），直接与升压站综合自动化系统交换数据，以获得光伏电站升压站主变，输出线路并网运行状态，输出线路实际运行有功、无功、电压及电流等实时数据。

6 结语

随着我国近几年内新能源的发展，智能电网对接入点新能源进行有功功率控制和无功调节已是必然要求，文中只是提出了太阳能光伏电站发电模式下实现与负荷侧的交互,若风电等新能源接入系统，同样适用，需要有相应的策略变化。因此，支持太阳能、风力发电等清洁能源的接入,扩大系统运行调节能力,满足电网与负荷侧和谐发展,实现电力系统经济、安全、优质、高效运行，已成为发展趋势。

本文提出在系统侧和电源侧进行有功功率控制和无功调节，对缓解弃光风险、提高光伏电站出力、保证电网稳定运行具有积极意义并具有实用性。在工程实践中发挥着积极作用。

[1]新能源产业振兴和发展规划(2009—2020)[R].北京:国家能源局, 2009:53.

[2]余贻鑫.自动电压无功控制优化系统[J].南方电网技术,2009(2): 125.

[3]徐遐龄,查晓明.电力系统无功优化控制[J].高电压技术,2008,34 (1):158-162.

[4]Sergio Granville.Optimal Reactive Dispatch Through Interior Point Methods[J].IEEE Transactions on Power Systems,2011,9(1): 136-146.

[5]MoursiME,Joos G,Abbey C.A secondary voltage control strategy for transmission level interconnection of wind generation[J].IEEE Trans.on Power Electronics,2008,23(3):1 178-1 190.

[6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.光伏发电站接入电力系统技术规定：GB/T 1996—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.

（编辑：贾娟）

Analysis on Photovoltaic Power Station Connected to the Electricity Grid Active Power and Reactive Voltage Control System Technology

Yu Yong,Tian Yunfei,Xu Haoliang,Zhang Zhongdan,Yang Changhai, Wang Shijun,Zhang Haisheng,Sun Yalu
(Gansu Electric Power Economy&Technology Research Institute,Lanzhou Gansu 730050)

Paper for large-scale new energy access in Gansu power grid of gansu power network,especially in the photovoltaic power station connected to the analysis of existing problems of Gansu power grid,the grid is put forward with active power and reactive power control system solution of the control system of voltage regulation,optimize power regulationmeans.Through carding analysis thoroughly, scientific and reasonable analysis and dealwith the current task.

photovoltaic power station;Gansu power grid;new energy;power control;reactive power regulation

TM615

A

2095-0748(2016)24-0044-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.24.17

2016-11-29

余泳（1966—），女，四川新都县人，本科，高级工程师，研究方向：电网二次电网规划、通信与智能电网规划等。