大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電 壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著系統(tǒng)成本的持續(xù)降低和發(fā)電效率的不斷提高，建設(shè)大型光伏電站是大規(guī)模利 用太陽能的有效方式。不同于小容量光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，很多大型光伏電站建立在遠(yuǎn)離負(fù) 荷中心、光照資源豐富的荒漠地區(qū)，且光伏電站連接的地區(qū)電網(wǎng)多處于偏遠(yuǎn)地區(qū)，負(fù)荷比較 分散，地區(qū)電網(wǎng)輸電線路較長，電網(wǎng)相對薄弱。光伏發(fā)電系統(tǒng)本身的光照強度、溫度變化等 都會引起并網(wǎng)電壓波動甚至越限，大型光伏電站必須參與調(diào)壓控制，必要時給電網(wǎng)提供緊 急無功支撐。
[0003]目前解決電網(wǎng)電壓越限的方法主要有：定功率控制、利用儲能系統(tǒng)、無功補償裝 置、并網(wǎng)逆變器無功功率控制。但國內(nèi)對光伏并網(wǎng)的研宄主要集中在單位功率因數(shù)并網(wǎng)。對 光伏逆變器的無功控制主要是針對電網(wǎng)末梢負(fù)載的無功補償，通過檢測負(fù)載無功電流作為 無功指令值進(jìn)行補償，適用于對負(fù)載的無功補償，并不適合光伏系統(tǒng)的無功獨立控制。
[0004] 對于分布式光伏發(fā)電，由于系統(tǒng)存在多個饋線節(jié)點，當(dāng)光伏系統(tǒng)接入電網(wǎng)時，改 變了線路潮流方向，又因為經(jīng)線路輸送功率時，沿線路的電壓分布始端高于末端。對于整 個分布式光伏系統(tǒng)，饋線末端電壓變?yōu)槭级穗妷?，因此，饋線末端電壓抬高量最大。針對該 問題，文獻(xiàn)[Localreactivepowercontrolmethodsforovervoltagepreventionof distributedsolarinvertersinlow-voltagegrids]在分布式光伏發(fā)電背景下提出了 四種逆變器無功控制策略：恒無功功率Q控制、恒功率因數(shù)cos巾控制、基于光伏有功出力 的C〇S(i) (P)控制及基于并網(wǎng)點電壓幅值的Q(U)控制策略。此外，文獻(xiàn)[低壓網(wǎng)絡(luò)中并網(wǎng) 光伏逆變器調(diào)壓策略]提出了一種基于并網(wǎng)點電壓幅值與光伏有功出力的Q(U，P)控制策 略，并與文獻(xiàn)[Localreactivepowercontrolmethodsforovervoltagepreventionof distributedsolarinvertersinlow-voltagegrids]提出的幾種無功控制策略進(jìn)行對 比分析。
[0005] 不同于分布式光伏發(fā)電，大型光伏電站通常由多組光伏發(fā)電單元組成，每組光伏 發(fā)電單元分別通過升壓變壓器匯入送端配電站，然后以相應(yīng)的電壓等級實現(xiàn)遠(yuǎn)距離高壓交 流輸電[電網(wǎng)阻抗對大型并網(wǎng)光伏系統(tǒng)穩(wěn)定性影響分析]。大型光伏電站對電網(wǎng)電壓影響 程度的大小主要取決于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的強度和光伏電站容量的大小。目前，大型光伏電站無功 與電壓控制研宄較少，文獻(xiàn)[大型分布式電源模型化研宄及其并網(wǎng)特性分析]提出在光伏 電站送端配電站低壓側(cè)裝設(shè)靜止無功補償器動態(tài)供給無功功率，提高了光伏電站電壓穩(wěn)定 性，但大容量的無功補償裝置會增大系統(tǒng)成本。文獻(xiàn)[光伏電站低電壓穿越時的無功控制 策略]提出利用光伏逆變器本身的無功輸出能力向電網(wǎng)提供無功功率，但光伏逆變器在滿 發(fā)狀態(tài)下無功容量受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于此，本發(fā)明的目的是提供大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，該 方法能夠很好的協(xié)調(diào)SVG單元和各光伏發(fā)電單元之間的無功輸出。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓 控制方法，包括：
[0008] 電壓參考單元實時給定電壓控制點參考電壓u,ef，
[0009] 無功整定單元通過比較電壓控制點實際電壓與參考電壓得到電壓偏差，再通過 PID控制器自動獲取維持電壓控制點電壓所需的無功參考量QMf，
[0010] 無功分配單元自動在SVG和各光伏發(fā)電單元之間進(jìn)行無功分配，
[0011] 各光伏發(fā)電單元中的并網(wǎng)逆變器采用按無功容量等比例方式分配。
【主權(quán)項】
1. 大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，其特征在于：包括： 電壓參考單元實時給定電壓控制點參考電壓UMf， 無功整定單元通過比較電壓控制點實際電壓與參考電壓得到電壓偏差，再通過PID控 制器自動獲取維持電壓控制點電壓所需的無功參考量QMf， 無功分配單元自動在SVG和各光伏發(fā)電單元之間進(jìn)行無功分配。
2. 大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，其特征在于： 各光伏發(fā)電單元中的并網(wǎng)逆變器采用按無功容量等比例方式分配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，其特征在 于：所述PID控制器的傳遞函數(shù)為：
，其中h，12表示時間常數(shù)，1^1：)表示調(diào)節(jié)系數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，其特征在 于：所述無功參考量Qraf， 1=gpid? (ure；f_upJ+Q(i，其中If表示實時給定電壓控制點參考電壓，up。。表示并網(wǎng) 點實時檢測電壓，Q〇表示無功功率初始參考量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，其特征在 于：當(dāng)無功整定單元自動獲取的無功功率參考量Qsmin〈QMf〈Qsmax時，SVG和各光伏發(fā)電單元的 無功整定量分別為：
，其中QSMf表示SVG單元的無功整定量，Qimf表示各光 伏發(fā)電單元的無功整定量，Qsmin表示SVG單元的容性無功容量，Qsmax表示SVG單元的感性無 功容量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，其特征在 于：當(dāng)無功整定單元自動獲取的無功功率參考量QMf>Qsmax或者QMf〈Qsmin時，SVG和各光伏發(fā) 電單元的無功整定量分別為：
其中h表示第i個光伏發(fā)電單元 的無功優(yōu)化系數(shù)，Qimin表示光伏發(fā)電單元i的容性無功容量，Qimax表示光伏發(fā)電單元i的感 性無功容量，其中QSMf表示SVG單元的無功整定量，Qimf表示各光伏發(fā)電單元的無功整定 量，Qsmin表示SVG單元的容性無功容量，Qsmax表示SVG單元的感性無功容量。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，其特征在 于：各光伏發(fā)電單元分別由遠(yuǎn)到近接入送配電站，各光伏發(fā)電單元之間的無功按以下規(guī)則 分配：各光伏發(fā)電單元按光伏發(fā)電單元無功線路損耗優(yōu)化分配，則無功優(yōu)化系數(shù)：
其中ki表示光伏發(fā)電單元1的無功優(yōu)化 系數(shù)，k2表示光伏發(fā)電單元2的無功優(yōu)化系數(shù)，kn光伏發(fā)電單元n的無功優(yōu)化系數(shù)，ri表示 光伏發(fā)電單元1到送端配電站低壓側(cè)之間電網(wǎng)傳輸線合成的線路電阻，1~2表示光伏發(fā)電單 元2到送端配電站低壓側(cè)之間電網(wǎng)傳輸線合成的線路電阻，r3表示光伏發(fā)電單元3到送端 配電站低壓側(cè)之間電網(wǎng)傳輸線合成的線路電阻，rn表示光伏發(fā)電單元n到送端配電站低壓 側(cè)之間電網(wǎng)傳輸線合成的線路電阻。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，其特征在 于：在確定各光伏發(fā)電單元無功整定量QiMf的基礎(chǔ)上，對于各光伏發(fā)電單元中的并網(wǎng)逆變 器采用按無功容量等比例方式分配：
其中表示光伏發(fā)電單元i中第j臺并網(wǎng)逆變 器的感性無功容量，QUmin表示光伏發(fā)電單元i中第j臺并網(wǎng)逆變器的容性無功容量，QijMf 表示光伏發(fā)電單元i中第j臺并網(wǎng)逆變器的無功整定量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型光伏電站并網(wǎng)逆變器無功與電壓控制方法，包括：電壓參考單元實時給定電壓控制點參考電壓uref；無功整定單元通過比較電壓控制點實際電壓與參考電壓得到電壓偏差，再通過PID控制器自動獲取維持電壓控制點電壓所需的無功參考量Qref；無功分配單元自動在SVG和各光伏發(fā)電單元之間進(jìn)行無功分配；各光伏發(fā)電單元中的并網(wǎng)逆變器采用按無功容量等比例方式分配。該方法充分利用光伏電站無功補償裝置與光伏逆變器協(xié)調(diào)控制，改善光伏電站并網(wǎng)點電壓波動，為電網(wǎng)提供無功支撐，提高弱電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。同時，根據(jù)光伏發(fā)電單元線路損耗分配無功，降低光伏電站的有功損耗。因此，該無功與電壓控制方法有利于接入弱點網(wǎng)的大型光伏電站的安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行。
【IPC分類】H02J3-38, H02J3-16
【公開號】CN104578151
【申請?zhí)枴緾N201410828621
【發(fā)明人】周林, 杜瀟, 楊明, 邵念彬, 鄭晨
【申請人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月26日