摘要：作為發(fā)電行業(yè)的新興電能資源，利用太陽能進行發(fā)電的光伏產(chǎn)業(yè)備受世人矚目。面對光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波、電壓波動、閃變、低電壓穿越等電能質(zhì)量問題，本文結(jié)合SVG的特點，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。通過對SVG在光伏現(xiàn)場的實際運行的系統(tǒng)電流、電壓的檢測數(shù)據(jù)分析，進一步檢驗理論分析的可行性。

關(guān)鍵詞：鏈式SVG, 電壓支撐, 響應(yīng)時間, 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》正式頒布實施，標志著我國針對新能源和可再生能源領(lǐng)域的可持續(xù)能源戰(zhàn)略的開發(fā)利用已全面展開，其中太陽能、風(fēng)能作為新能源的主要種類越發(fā)得到重視和開發(fā)利用。據(jù)HIS太陽能研究團隊預(yù)測，2015年中國分布式光伏(DPV)安裝容量達4.7吉瓦，較2014年增長約20%。隨著大規(guī)模分布式光伏系統(tǒng)的接入，光伏系統(tǒng)對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響越來越大。例如天氣以及光照強度的不確定性而引起并網(wǎng)點電壓的波動；電網(wǎng)發(fā)生故障時，光伏機組可能會因為電壓跌落過低而脫網(wǎng)，嚴重時可能會導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰。

為了提高光伏系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，分布式光伏在進行項目組建時需要加裝無功補償裝置，對系統(tǒng)中并網(wǎng)點的電壓進行控制。高壓靜止無功發(fā)生裝置(SVG)本著響應(yīng)時間快、補償精度高、調(diào)節(jié)范圍寬、損耗小等優(yōu)點越來越多在光伏系統(tǒng)中得到應(yīng)用.本文對SVG在光伏系統(tǒng)的應(yīng)用進行了研究，并模擬了系統(tǒng)電壓跌落等故障，實測了故障后SVG對穩(wěn)定電網(wǎng)電壓的效果,分別對響應(yīng)時間和電網(wǎng)電壓波動進行了測試。通過測試結(jié)果驗證了SVG能夠在系統(tǒng)故障時提供較快的電壓支撐，提高整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

2 光伏行業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀與存在問題

光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)所產(chǎn)生的電能質(zhì)量問題主要包括諧波、電壓波動、閃變等，其容易影響有功及無功潮流、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有所變化，最大變化率甚至超過額定量的10%，因此產(chǎn)生了發(fā)電量的不穩(wěn)定問題，對饋入電網(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

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，諧波會明顯變大，在10%額定出力以下時，電流的總諧波畸變率會達到20%以上。

圖2：光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波電流THD

光伏發(fā)電功率隨日照強度變化對電網(wǎng)負荷特性產(chǎn)生影響，它的接入改變了電網(wǎng)潮流方向，將對現(xiàn)有電網(wǎng)的規(guī)劃、調(diào)度運行方式產(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，引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定性運行^[6]。

3  光伏行業(yè)電能質(zhì)量問題的解決案例

面對光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)所產(chǎn)生的諧波、電壓波動、閃變、低電壓穿越等電能質(zhì)量問題，SVG以動態(tài)響應(yīng)時間快、無功連續(xù)可調(diào)以及無功調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前光伏項目現(xiàn)場在選擇SVG時可以由35kV直掛式和由降壓變與10kV串聯(lián)連接與35kV母線側(cè)。

根據(jù)控制策略的不同，SVG的運行方式可以分為恒電流，恒電壓，負荷跟蹤，恒功率因數(shù)等。在恒電流運行方式下，SVG根據(jù)設(shè)定的電流大小來保持并網(wǎng)點無功功率的恒定；在負荷跟蹤運行方式下，SVG通過實時監(jiān)測系統(tǒng)側(cè)或者負載側(cè)的無功電流，通過閉環(huán)控制來實時補償，可以根據(jù)功率因數(shù)的設(shè)定值來將功率因數(shù)控制在設(shè)定范圍內(nèi)；恒電壓的運行方式為SVG跟蹤目標電壓，對采集的電壓與目標電壓進行PI控制，保證并網(wǎng)點電壓的恒定^[1,7]。

3.1光伏系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

圖3：SVG光伏現(xiàn)場連接示意圖

3.2電壓支撐理論分析

設(shè)SVG的無功補償容量為Q，帶負載未連接補償器時連接點的正常工作電壓為，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)無功補償容量的算法，一般光伏電站需配置的無功補償容量約為光伏系統(tǒng)發(fā)電容量的10%左右。針對新疆庫爾勒尉犁縣某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

 手動檢測電壓支撐情況，SVG未投入運行時，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓偏高，達到37.01kV。將SVG設(shè)定在恒電流運行模式，通過手動輸入感性電流由-10A~-115A額定，觀察SVG投入后的并網(wǎng)點電壓波形。SVG運行-115A時，并網(wǎng)點電壓為36.37kV,與未投入時電壓相比降低0.64kV，和理論分析的數(shù)據(jù)（0.63kV）一致。見圖4

圖4：恒電流模式SVG運行電流-并網(wǎng)點電壓數(shù)據(jù)

  根據(jù)手動運行的情況，針對光伏發(fā)電系統(tǒng)的母線電壓的情況以及參考裂解保護值設(shè)定，將SVG設(shè)定在恒電壓運行模式，并網(wǎng)點目標控制電壓為36.4kV(客戶可以并網(wǎng)點電壓修改目標控制電壓值)，運行SVG，觀察SVG運行數(shù)據(jù)及并網(wǎng)點電壓，見圖5

圖5：恒電壓模式SVG運行電流-并網(wǎng)點電壓數(shù)據(jù) 

3.3.2 響應(yīng)時間測試波形

裝置動態(tài)無功響應(yīng)時間主要是并網(wǎng)點電壓異常升高或者降低，無功裝置通過目標電壓值與采樣電壓值換算后輸出的無功電流值90%所需要的時間。裝置在做測試時可以通過手動設(shè)定目標電壓值或者在電壓采樣回路中串入電阻來模擬電壓跌落進行響應(yīng)時間的測試。

圖6為產(chǎn)品現(xiàn)場電壓支撐時的響應(yīng)時間測試，約為22.19ms，滿足光伏發(fā)電站對無功補償裝置30ms的要求^[5]。

                       圖6：SVG恒電壓下響應(yīng)時間測試

3.3.3諧波電流測量

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

表1：SVG諧波補償數(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)狀及存在的問題，針對光伏電能問題提出可行性解決方案。從應(yīng)用案例中可以看出，通過恒電流模式手動給定無功電流，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PID控制算法使SVG輸出控制目標電壓值,并在試驗過程中采用電量記錄儀和電能質(zhì)量分析儀對響應(yīng)時間、系統(tǒng)電流進行了測試。試驗結(jié)果可見，SVG具有動態(tài)響應(yīng)快，無功輸出可調(diào)節(jié)范圍寬等優(yōu)點，并能對系統(tǒng)中的諧波有很好的抑制，從而能提高整個光伏系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

參考文獻

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[8]GBT14549-93 電能質(zhì)量 公用電網(wǎng)諧波 

作者簡介：

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，電能質(zhì)量優(yōu)化治理；

Email：sellcat@163.com

尹澤（1989—），男，本科，投資開發(fā)部，主要方向為新能源電站、電動汽車、BIPV等項目的投資建設(shè)；

季石斌

南京市建鄴區(qū)廬山路188號新地中心一期2801

13451856588