引言

《可再生能源法》正式頒布實(shí)施,，標(biāo)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(tuán)隊(duì)預(yù)測，2015年中國分布式光伏（DPV）安裝容量達(dá)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(qiáng)度的不確定性而引起并網(wǎng)點(diǎn)電壓的波動,；電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí),，光伏機(jī)組可能會因?yàn)殡妷旱溥^低而脫網(wǎng)，嚴(yán)重時(shí)可能會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰,。

為了提高光伏系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,，分布式光伏在進(jìn)行項(xiàng)目組建時(shí)需要加裝無功補(bǔ)償裝置，對系統(tǒng)中并網(wǎng)點(diǎn)的電壓進(jìn)行控制,。靜止無功發(fā)生裝置（SVG）本著響應(yīng)時(shí)間快,、補(bǔ)償精度高、調(diào)節(jié)范圍寬,、損耗小等優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行了研究，并模擬了系統(tǒng)電壓跌落等故障,，實(shí)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(shí)間和電網(wǎng)電壓波動進(jìn)行了測試。通過測試結(jié)果驗(yàn)證了SVG能夠在系統(tǒng)故障時(shí)提供較快的電壓支撐,，提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,。

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。光伏系統(tǒng)輸出有功功率變化曲線如圖1所示,。

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(shí),，諧波會明顯變大,，在10%額定出力以下時(shí)，電流的總諧波畸變率會達(dá)到20%以上。光伏發(fā)電系統(tǒng)諧波電流THD如圖2所示,。

光伏發(fā)電功率隨日照強(qiáng)度變化對電網(wǎng)負(fù)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(yùn)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(yùn)行,。

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(shí)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(diǎn)得到越來越廣泛的應(yīng)用,。目前光伏項(xiàng)目現(xiàn)場在選擇SVG時(shí)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(yùn)行方式可以分為恒電流,，恒電壓，負(fù)荷跟蹤,，恒功率因數(shù)等,。在恒電流運(yùn)行方式下，SVG根據(jù)設(shè)定的電流大小來保持并網(wǎng)點(diǎn)無功功率的恒定,；在負(fù)荷跟蹤運(yùn)行方式下，SVG通過實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)側(cè)或者負(fù)載側(cè)的無功電流,，通過閉環(huán)控制來實(shí)時(shí)補(bǔ)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(yùn)行方式為SVG跟蹤目標(biāo)電壓,，對采集的電壓與目標(biāo)電壓進(jìn)行PI控制,，保證并網(wǎng)點(diǎn)電壓的恒定。

光伏系統(tǒng)并網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖SVG光伏現(xiàn)場連接示意圖如圖3所示,。

電壓支撐理論分析

設(shè)SVG的無功補(bǔ)償容量為Q,，帶負(fù)載未連接補(bǔ)償器時(shí)連接點(diǎn)的正常工作電壓為U0，系統(tǒng)短路容量為Ssc,，系統(tǒng)阻抗為XS,。得系統(tǒng)阻抗：

案例概述

依據(jù)傳統(tǒng)無功補(bǔ)償容量的算法，一般光伏電站需配置的無功補(bǔ)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10kVSVG結(jié)合兩種方案給項(xiàng)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,，系統(tǒng)阻抗為19.2Ω；SVG能補(bǔ)償?shù)碾妷褐?31V,。

數(shù)據(jù)分析

手動檢測電壓支撐情況,，SVG未投入運(yùn)行時(shí)，光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)點(diǎn)電壓偏高,，達(dá)到37.01kV,。將SVG設(shè)定在恒電流運(yùn)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(diǎn)電壓波形,。SVG運(yùn)行-115A時(shí)，并網(wǎng)點(diǎn)電壓為36.37kV,與未投入時(shí)電壓相比降低0.64kV,，和理論分析的數(shù)據(jù)（0.63kV）一致,。如圖4所示。

根據(jù)手動運(yùn)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(hù)值設(shè)定,，將SVG設(shè)定在恒電壓運(yùn)行模式，并網(wǎng)點(diǎn)目標(biāo)控制電壓為36.4kV（客戶可以并網(wǎng)點(diǎn)電壓修改目標(biāo)控制電壓值）,，運(yùn)行SVG,，觀察SVG運(yùn)行數(shù)據(jù)及并網(wǎng)點(diǎn)電壓，如圖5所示,。

響應(yīng)時(shí)間測試波形

裝置動態(tài)無功響應(yīng)時(shí)間主要是并網(wǎng)點(diǎn)電壓異常升高或者降低,，無功裝置通過目標(biāo)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(shí)間。裝置在做測試時(shí)可以通過手動設(shè)定目標(biāo)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(jìn)行響應(yīng)時(shí)間的測試,。圖6為產(chǎn)品現(xiàn)場電壓支撐時(shí)的響應(yīng)時(shí)間測試,，約為22.19ms，滿足光伏發(fā)電站對無功補(bǔ)償裝置30ms的要求,。

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(shí)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(bǔ)償效果。SVG諧波補(bǔ)償數(shù)據(jù)分析如表1所示,。

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(biāo)電壓值,并在試驗(yàn)過程中采用電量記錄儀和電能質(zhì)量分析儀對響應(yīng)時(shí)間,、系統(tǒng)電流進(jìn)行了測試,。試驗(yàn)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(diǎn),，并能對系統(tǒng)中的諧波有很好的抑制，從而能提高整個(gè)光伏系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,。

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