光伏发电系统的无功补偿控制策略研究

张钦智　杨梦宁

摘 要：光伏发电具有昼夜交替的周期性变化的特点，所以光伏发电站对于电网来说属于多变性、冲击性负载，会引起电网电压的频繁波动。 这无疑会极大的影响电网的平稳运行。因此有必要在光伏并网的控制中装设无功补偿设备。文中首先讲述无功补偿装置的基本工作原理，又从设备的发展状况上选取了SVG，最后对SVG的控制研究方案策略深入分析。

关键词：光电并网系统;无功补偿装置;SVG;补偿控制研究

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.22.134

1 无功补偿原理特性

电气设备中的流量不会转换为其他可能存在的能量，而在系统网中和电气设备里周期规律变动的电功率称为无功功率。无功功率的存在，会给电网变压器和电网输电线路带来线损，降低了电网的电能品质以及电网经济运行能力。因此，电力系统的无功优化补寄补偿是很重要的部分。电网中的无功功率主要来自非线性负载，电力换流器，旋转电源等。由于存在电感及其他容性组件，非线性负载会产生大量无功输出[1]。当系统流过电感区域后，压降中的量会大于流动量90度;当流动量途经容性组件后，压降量将落于电流90度。

当负荷以容性表示时，会流出功率成容性量，因此加入感性组件来消除其对立的无功输出;当感性组件发出无功输出时，并入的容性组件应吸收感应无功输出。因此会有两边产生的无功输出达到平衡，完成无功输出补偿的原理。

2 静止无功发生装置SVG

SVG表示为实时变动特性无功输出控制装置，其通过自换向IGBT转换装置发生并消耗无功出力。SVG的组成分为AC和DC部分，其中AC部分连接到电力系统。SVG首先通过转换器将来自电力系统的AC电力转换为DC能量存储装置。同时，转换器将DC上的压降和电流转换为AC压降并将其输送到电力系统。桥式逆变器电路的AC侧的电压输出的幅度和相位以及AC侧的电流可以用作控制电路的控制量。通过调节DC电压或AC电流，逆变工作装置可以消耗或发射无功出力，即完成电感或电容实时动性无功出力补偿[2]。

由于假设是完全不存在的，因此不思考由SVG连接到系统网的电抗装置的损失，并且假设它不消耗来自系统网的有功出力。此时，通过变换和的大小和大小，可以操纵SVG从系统网消耗的电流I的角度和大小，从而调节从系统网消耗的无功出力。当它超过其限定值时，I超过压降90度，并且SVG消耗容性无功出力;当其达不到限定值时，压降超前电流90度，并且SVG消耗感应无功出力。

3 无功补偿控制策略研究

3.1 本文SVG的選型依据

国家对光伏发电并网实时动性补偿设备的规定是：电站应综合考虑各种发电输出水平以及各种运行条件下接入系统的稳态，瞬态和动态过程。必须装设大量的实时动性无功补偿设备，应答快速眼球不超过30毫秒。必须确保自动调节现场无功功率补偿装置的动态部分，以确保电容器和电抗器的分支能够在紧急情况下自动切换。在光电并网系统装设SVG时，最好思考SVG的使用要求。SVG自身的无功补偿特性基于光电系统的需求无功补偿大小。光电系统必须准确无误的算出的无功功率消耗设备及其装设的容性无功补偿装置。当光电系统的规定输出为要求时，它该变为升压换流器无功出力消耗，输电网中无功出力消耗和通道充电容量之和。其装设的感应无功补偿大小应能够供给所有输电网的需求出力。

3.2 无功补偿控制策略研究

SVG的整体的控制策略是先在检测环节去检测出大电网即时发出的信号，然后在控制环节中根据检测的信号去控制逆变电路的通断与补偿大小，最后给驱动环节发出脉冲信号去触发电路。检测环节是通过感测器得到电网暂态的电压电流而检测电网的信号，再通过一系列的计算得到无功电流，去作为下一环节的输入信号。在控制环节中，把检测计算得到的无功电流信号与给定的参考值进行比较处理，最终得到触发信号。驱动电路接收到驱动信号，触发脉冲电路驱动功率器件，对电网进行无功补偿。

本文分别是基本的光伏发电模型和加入了无功补偿装置SVG的模型，分别去进行模拟比较它们的不同。但为了更好的去观察加入SVG的效果，我们则在带有SVG的模型上设置在0-0.5秒时SVG不工作;0.5-1秒时SVG增发无功，进行无功补偿;1-1.5秒时SVG又恢复不工作状态;1.5-2秒SVG去吸收无功，在这些设定下进行仿真。

当光伏发电系统因外界因素条件发生变化时，其电网电压是不稳定的，所以加入的无功补偿装置SVG就是来解决这种问题的。从结果可以看出，SVG可以完成无功补偿任务，是无功补偿设备的优化控制研究。

4 结论

传统的光伏并网系统无功补偿基本都是依靠光伏逆变器来实现，逆变器既要完成光伏系统直流交流的转换。新的研究控制表现出SVG增发无功时，电网电压因为SVG增发无功而比SVG不工作情况下的幅值要提高;SVG吸收无功时，则能明显地看出电网电压幅值要比SVG不工作情况下的会减小。清楚得到SVG在光伏发电系统中的作用。因此最后通过模拟实验结果验证了，带有无功补偿装置的新型光伏并网系统不仅给大电网提供了电能，还能够帮助大电网进行无功补偿。

参考文献：

[1]王多，陈良耳，陈仕彬，智勇，汤奕.大型光伏电站无功优化协调控制策略[J].沈阳工业大学学报，2018，40（04）：368-374.

[2]刘中原，王维庆，王海云，王海峰.并网型光伏系统无功电压稳定性控制策略研究[J].电力电容器与无功补偿，2017，38（06）：130-137.

作者简介：张钦智（1995-），男，山东济南人，硕士研究生，研究方向：配电网及其自动化、新能源发电技术。