摘要：大中型光伏电站必须配备具有无功功率和电压控制功能的无功电压控制系统。一般的光伏电站无法满足国家标准对其响应时间和调节精度的要求。本文对光伏电站无功功率控制能力检测及优化方法提出了建议，该系统经过优化后再次进行了测试，其响应时间和调整精度均符合要求，提高了光伏电站无功控制系统的性能，并提供了辅助决策调整光伏发电调度。
关键词：光伏电站；功率控制；响应时间；调节精度
引言
光伏发电作为可再生能源正在迅速发展并得到大规模使用。连接到大型电网的光伏发电厂的特点是“集中开发，高压接入，外送消纳”。 我们对某光伏电站的无功功率控制能力进行了测试，发现其响应时间和调节精度完全不符合GB/T29321-2012《光伏发电站无功补偿技术规范》的标准，对此，我们针对该光伏电站无功补偿无功控制系统性能下降的问题展开了分析，对光伏电站整体性能提高寻求解决方案。
1、无功功率控制能力检测
1.1、试验条件
光伏发电厂连接到网络上进行运行，试验当天光辐照度较好，超过95％的光伏单元处于运行和可控状态，该电厂产生的有功功率超过安装容量的50％。能源分配机构的EMS系统已与光伏电站的无功电压控制系统的管理终端完成通信。 远程控制命令可以手动发出，也可以通过已建立的通信通道自动发出。当高压/无功侧的电压发生变化时，主站发出的光伏系统的所有控制指令均基于该负载点。
1.2、试验内容
选择一家光伏电站进行无功功率控制能力测试，分析功率控制系统的响应时间和调整精度是否符合相关规定，检测找出隐藏的弊端。
确认AVC运行模式满足测试要求，检查光伏电站在50％P0（辐照度超过相应功率的400 W / m2）下的有效输出功率处于活动状态。将光伏发电厂的无功功率输出值设置为最小，然后将光伏发电厂的无功功率更改为允许的最大容量。2分钟后，将光伏电站的无功功率保持在最大允许值，等2分钟后，光伏发电的电厂的无功功率为最小电感性。在上述调整过程中，每0.2秒记录一次平均无功功率值，以测试无功功率控制能力。
1.3、试验方法
1）逻辑功能验证。检查相关功能性无功电压控制设备，例如动态无功功率补偿器和并网逆变器协调控制认证，无功电压控制开/关，系统远程/本地开关机制。2）控制电压/无功功率的设定值。光伏系统自动接收并执行由网络分配机构发出的电压/无功功率控制命令。系统应该具有协调控制功能，例如SVG设置和连接到网络的逆变器组的设置，并执行以下测试：已达到配电要求的下限，或光伏电站没有可分解的无功容量后停止调节电压。增加连接到网络的点电压/无功功率，直到电压达到配电要求的上限或光伏电站不再增加无功功率容量为止[1]。
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图1光伏电站电压/无功设定值控制曲线示例图
1.4、试验结果
某光伏电站无功功率控制能力试验结果见图1，
响应时间和调节精度见表1。图2中Q3为光伏电站无功功率输出，Uab为并网点电压，初始电压为36.67kV。
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图2无功功率控制能力试验全过程
2、控制策略分析
2.1、无功分配方案
光伏电站的无功调压器有多种类型。其中，SVG和逆变器组可以对电容和电感无功功率进行连续且准确的调整，其特点是响应速度快，工作范围宽，谐波含量低。负载调节器变压器可以通过更改无功功率分配来提供单独的无功粗调。电容器和电抗器优势在于无功容量大和低成本，可以通过投切改变无功功率。在正常工作条件下，负载下的调压变电站，电容器和电抗器的数量是相对固定的，可以由操作员控制，无功功率分配方案一般不考虑动态因素。假如光伏电站有n个光伏逆变器，Qtar为无功目标值，Qmea为并网点无功测量值，Qref为光伏电站无功增量参考值，则有
Qref=Qtar-Qmea（1）
如果要优化站内电压分布，减少功率损耗应该利用SVG进行无功输出，调整并网逆变器组，并网逆变器组无功调节大小根据各受控逆变器无功裕量进行分配[2]。
2.2、具体实现步骤
图1是光伏电站的无功电压的流程图。无功电压控制系统在收到分配指令后，首先确定是否满足压力条件，并将其与当前无功电压/无功功率读数进行比较，以确定其是否处于死区。系统确定调整指令在死区之外，并自动计算需要调整的目标值。电压控制方式下，根据电压目标值折算无功目标值的公式为
Qtar=Utar(Utar-Umea)X+QmeaUtarUmea（2）
式中：Utar为光伏电站电压目标值；Umea为并网点电压测量值；X为系统阻抗可通过自学习的方法预测。根据无功功率分配图，控制系统会计算相应设备的增量参考值，同时发出指令进行调整。计算中排除通信中断或不受控制无功功率调节设备。如果计算出的指令值超过可调整的上限或下限，则发出增出力或减出力锁定警报。如果系统长时间未收到指令，它将自动更改为本地调节。
2.3、无功功率控制能力测试
在测试过程中，控制面板的有效输出在P0操作的50％时保持稳定。光伏发电厂的无功功率变化率不受限制，集中式无功功率补偿器处于正常运行状态。 图3显示了无功功率控制曲线。将感性无功功率和容性无功功率设置为与光伏电站电网连接的点的无功功率（与电网连接的点的电压不超过标称电压的10％），保证每个测试点稳定2min。连接光伏电站电网。对整个检测过程的电压，电流和无功功率数据进行连续测量和记录。根据UPS控制或SVC重复上述测试[3]。
2.4、改进措施
A.检查AVC后台与测控装置、SVG、变频器之间的通讯是否正常。B．光伏区域中的通信管理机必须支持远程批量调整，以便在发送组指令时不会被丢弃。 C．重点检查并优化周期下载时间和更改阈值，以便将AVC系统所需的相关数据及时发送给AVC。D．AVC变电站必须能够在现场平衡无功功率流，并避免多个SVC / SVG或单元之间的无功循环电流。同时，根据认证电压，它接收从发射主站发出的动态无功储备目标，并生成静态无功替代动态无功，保证SVC / SVG设备有较大的动态无功功率储备，以应对异常电压和故障状况[4]。
在控制设定电压的测试过程中，光伏电站的电压迅速异常升高。由检测可知，其原因主要是由于调度员发出的指令通道错误而造成的。为了确保无功电压控制系统在闭环运行期间的良好运行，必须采取纠正措施，并且建立相关甄别机制，定义有效范围。电压控制命令的有效范围必须设置在光伏电站额定电压上下浮动，而无功功率命令的有效范围应是光伏电站无功功率容量的上下限。指令有效范围不交叉，可以避免通道错误引起的问题发生。
3、无功功率控制系统优化效果分析
重新测试无功功率控制功能,数据如图2,图2中Q3为光伏电站无功功率输出，Uab为并网点电压，初始电压为36.70kV[5]。
结束语
我们分析了并网光伏电站的无功电压控制策略，针对光伏发电站控制系统性能差的特点，提出了改进措施，根据评估标准对研究现场江苏某光伏电站测试方法进行改进，实际测量后的测试结果基本符合法规要求。重新测试确保了响应时间和调整精度满足要求，保证光伏电站中无功功率控制系统的性能得到了提升，并提供有关功率调度的辅助手段。
参考文献：
[1]赵萌萌，江新峰，胡琴洪，等.SVG在光伏电站无功补偿中的应用［J］.电力电容器与无功补偿，2016，37（3）：35-38.
[2]黄亚峰，于洋，严干贵，等.光伏逆变器无功调节能力分析与控制策略研究［J］.电网与清洁能源，2013，29（8）：88-93.
[3]王晨光，龚光彩，苏欢.分布式光伏发电与冷热源耦合系统探讨[J].节能技术，2012，30（2）:145-150.
[4]车木佳，冯毅.太阳能最大功率跟踪装置的设计[J].节能技术，2011，29（6）：552-559.
[5]魏世贵，刘双.AGC/AVC在光伏电站的应用［J］.江苏电机工程，2013，32（2）：35-37.
论文作者:张栋兵
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
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