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【精华】大规模光伏电站的无功电压协调控制策略
日期:2017-02-04   [复制链接]
责任编辑:xiaoguang 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
编者按:大规模光伏电站的开发为新能源的使用带来了机遇,但是与此同时也为电力系统的运行带来很多的影响,其中最为显著的是无功电压问题,针对大规模光伏电站并网点电压不稳定好的问题,提出一种无功电压协调控制策略,通过方针实验结果表明能够获得稳定的电压,具有可行性可有效性。

开发新能源和可再生清洁能源是全世界面临的共同课题。在新能源中,光伏发电倍受瞩目.但由于过高的成本.目前还未能充分进入市场。光伏发电市场前景广阔,随着光伏电站的使用,分布范围越来越广,电网无功电压调整难度也是越来越大,本文主要分析大规模光伏电站的无功电压协调控制策略。

1.光伏发电无功电压分析

对于光伏发电本身而言,通常采用的运行方式为恒定功率的并网运行,从理论上来分析不与其所处的电网发生无功交换过程,但是在运行过程中存在无功损耗问题,因此在实际的运行中光伏电站需要吸收无功功率。若是大规模光伏电站,若是接入的电网比较薄弱,容易导致电网运行缺乏安全性。

光伏电站母线电压睡着相连的逆变器功率的变化而发生生变化,而逆变器的功率并不是固定的,而是随着环境如季节、温度等因素变化,光伏电站出力在中午达到最高,然后逐渐下降,目前电压逐渐稳定。由于光伏发电受到很多因素的影响,因此在控制中存在很大的难度,因此必须根据并网点电压水平安装武工补偿装置。

2.光伏发电无功电压常见的控制模式

目前光伏电站无功电压的控制时一般是根据实际情况进行控制,第一级无功电压主要是协调无功电压设备;第二级无功电压控制主要是通过协调无功电压设备,控制母线电压和重要无功电压设备;第三级无功电压控制则是通过优化无功设备范围,结合二级无功电压控制来协调无功电压。

2.1二级电压控制

二级无功电压控制策略,主要是在一级电压控制的基础上,通过改变电压控制机端电压设定值,实现分机组电费协调控制。由于光伏发电是采用并网方式,二级无功电压控制方式非常适合于大规模光伏电压无功电压控制。在我国传统的二级无功电压控制策略中,要求电压送出点的电压满足要求,在大规模光伏发电中,若是采用直接接入电网主主网运行,容易影响电压的输送。因此需要采用电网枢纽变电站以及光伏电站的无功调节能力,维持电网重要电源点的电压水平稳定。

2.2三级电压控制

三级电压控制是一种能够降低全网损耗的措施,能够提高经济效益,依照电网实时运行状态,根据各个区域中枢母线电压和二级无功电压控制来实现三级电压控制策略。三级无功电压控制策略更加适合于低电压接地的光伏电站,在进行控制中,除去一些常规优化计算之外,还需要考虑到广发并网发电的运行特点。依照动态调整三级无功电压的建模方式满足电网调节的需求,在计算重要联络线蜈蚣设定范围中,需要考虑各个区院内的调节能力,保证无功电压运行能力。

3.光伏发电无功电压协调控制策略分析

依照光伏电站接入电网的方式,采用合适的无功电压控制策略。

3.1控制方案和原理分析

在本设计的控制方案中采用的控制策略主要由SCADA系统、无功协调控制器和MMS网络通信组成,其中无功协调控制器以及电压调节电子设备等都是采用总线方式来连接,光伏电站的数据采集和监控系统来实现监控和采集信息功能。

光伏电站无功控制策略核心模块的协调控制器主要是由检测模块、电压调节控制模块、出发模块以及通信模块组成。检测模块的设计包括了系统电压、电流采样值的检测;电压调节控制模块是将检测模块的测量值与设定值相比较,输出信号;触发模块的设计主要是实现光伏电站逆变器以及电容组的控制;通信模块的设计获得调节指令,并将采样值上传到SCADA系统。光伏发电无功调节系统的设计包括了控制和调节子系统的设计,能够精确计算到导通角等。

3.2调压过程

在并网点上安装电流、电压互感器,测量电压、电流,并比较电源偏差,ΔU=|Umea-Uref|,设置允许电压误差偏差的δ,与ΔU比较,辨识光伏电站与电网之间的阻抗X,计算光伏电站的无功目标值Qtarget=(Uref-Umea)/X+QmeaUref/Umea,判断检测到的电压波动与短路时的允许电压偏差带的差异,如果是,立刻进入到经济电压控制策略,否则,通过分配策略将无功目标值依照光伏逆变器、电容器等进行协调控制。

假设光伏电站有m个SVC装置、电容器k个、光伏逆变器n个,容量上限分别是Qs、QC、Qg,接头位置满足Qgmin≤Qg≤Qgmax;Qsmin≤Qs≤Qsmax;Qcmin≤QC≤Qcmax;tmin≤t≤tmax。分别计算光伏逆变器、SVC和电容器的总无功容量范围。比较分析光伏电站的无功目标值与Qmea,得到无功增量ΔQ=Qtarget-Qmea,在本研究中仅仅讨论ΔQ大于零的情况。如果ΔQ小于ΣQgtotal,无功调节由光伏逆变器实现,无功量依照等比例分配原则计算为ΔQ/n;如果ΣQgtotal≤ΔQ≤ΣQgtotal+ΣQstotal,无功电压调节依靠光伏逆变器和SVC共同实现,ΣQstotal由逆变器提供,剩余的由SVC提供,SVC无功调节量为(ΔQ-ΣQstotal)/m;在ΣQgtotal+ΣQstotal≤ΔQ≤ΣQgtotal+ΣQstotal+ΣQctotal,无功电压调节由光伏变电器、电容器组和SVC以及分接头共同实现。

3.3仿真实验

在本方针实验中采用PSCAD/EMTDC搭建算例系统,仿真光伏电站容量是10MVA,光伏并网发电单元共10个,所有的单元均采用的是2台500kw逆变器,全站共20台。光伏逆变器母线电压0.4kV,经过升压变压器并入电网,出组处安装了10组电容器和5台SVC,在光伏逆变器出口处接入5MW负荷。

光伏电站无功功率输出
图1 光伏电站无功功率输出

加入光伏电站正常运行情况下在2.6g时出现功率的波动情况,具体表现为增加为正常值的两倍,现分析并网点在有无电压控制下的无功功率变化情况,见图1所示,加入无功电压控制后,无功功率提高0.3p.u,SVC、电容器和光伏逆变器共同提供2.92Mvar无功功率。当符合波动时,如实不进行控制电压为0.72p.u,不满足电压偏差值的显示要求,在接入无功电压控制后,满足他要求,因此此设计能够保证光伏电站电压稳定,具有可行性和有效性。

【结束语】:

综上所述,本文先简单分析了光伏电站的无功电压特点以及常见的控制策略,重点研究大规模光伏电站的无功电压协调策略,以控制并网点的电压为依据,计算无功需求,获得更加合理的无功功率分配,仿真结果表示该策略具有可行性和有效性。

【参考文献】:

[1] 鲍新民,许士光.光伏电站无功电压控制策略的研究[J].低压电器,2014,7(04):32-36.

[2]朱晓东,朱凌志,赖金朋,等. 光伏电站低电压穿越时的无功控制策略[J]. 电力系统保护与控制,2012,21(17):6-12.

[3]马军,丁茂生,马冬冬,等. 含光伏发电的电网无功电压协调控制技术[J]. 宁夏电力,2012,7(05):1-4+44.

[4]李烨. 光伏电站有功功率控制策略研究[D].电子科技大学,2013.

原标题:大规模光伏电站的无功电压协调控制策略
 
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来源:山东中材工程有限公司作者:邓平
 
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