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光伏发电中怎样进行无功补偿
时间:2018-06-24 16:28:57 来源:互联网
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  一、引言

  《可再生能源法》正式颁布实施,标志着我国针对新能源和可再生能源领域的可持续能源战略的开发利用已全面展开,其中太阳能、风能作为新能源的主要种类越发得到重视和开发利用。据HIS太阳能研究团队预测,2015年中国分布式光伏(DPV)安装容量达4.7吉瓦,较2014年增长约20%。随着大规模分布式光伏系统的接入,光伏系统对电网稳定性的影响越来越大。例如天气以及光照强度的不确定性而引起并网点电压的波动;电网发生故障时,光伏机组可能会因为电压跌落过低而脱网,严重时可能会导致整个系统崩溃。

  为了提高光伏系统运行的稳定性,分布式光伏在进行项目组建时需要加装无功补偿装置,对系统中并网点的电压进行控制。静止无功发生装置(SVG)本着响应时间快、补偿精度高、调节范围宽、损耗小等优点越来越多在光伏系统中得到应用。本文对SVG在光伏系统的应用进行了研究,并模拟了系统电压跌落等故障,实测了故障后SVG对稳定电网电压的效果,分别对响应时间和电网电压波动进行了测试。通过测试结果验证了SVG能够在系统故障时提供较快的电压支撑,提高整个系统运行的稳定性。

  二、光伏行业的应用现状与存在问题

  光伏发电系统并网所产生的电能质量问题主要包括谐波、电压波动、闪变等,其容易影响有功及无功潮流、频率控制等特性。由于受光照角度、环境温度、光伏板安装位置、云量等因素影响,光伏电站的输出功率会有所变化,最大变化率甚至超过额定量的10%,因此产生了发电量的不稳定问题,对馈入电网的谐波产生影响。光伏系统输出有功功率变化曲线如图1所示。
 

光伏发电中怎样进行无功补偿

  光伏电站的并网需要应用到逆变器,该产品的控制技术与光伏发电并入电网的品质也密切相关。逆变器输出在轻载时,谐波会明显变大,在10%额定出力以下时,电流的总谐波畸变率会达到20%以上。光伏发电系统谐波电流THD如图2所示。
 

光伏发电中怎样进行无功补偿

  光伏发电功率随日照强度变化对电网负荷特性产生影响,它的接入改变了电网潮流方向,将对现有电网的规划、调度运行方式产生应用。大量光伏发电系统的接入电网终端,将加剧电压波动,引起系统的不稳定性运行。

  三、光伏行业电能质量问题的解决案例

  面对光伏发电系统并网所产生的谐波、电压波动、闪变、低电压穿越等电能质量问题,SVG以动态响应时间快、无功连续可调以及无功调节范围宽等优点得到越来越广泛的应用。目前光伏项目现场在选择SVG时可以由35kV直挂式和由降压变与10kV串联连接与35kV母线侧。

  根据控制策略的不同,SVG的运行方式可以分为恒电流,恒电压,负荷跟踪,恒功率因数等。在恒电流运行方式下,SVG根据设定的电流大小来保持并网点无功功率的恒定;在负荷跟踪运行方式下,SVG通过实时监测系统侧或者负载侧的无功电流,通过闭环控制来实时补偿,可以根据功率因数的设定值来将功率因数控制在设定范围内;恒电压的运行方式为SVG跟踪目标电压,对采集的电压与目标电压进行PI控制,保证并网点电压的恒定。

  光伏系统并网结构图SVG光伏现场连接示意图如图3所示。
 

光伏发电中怎样进行无功补偿

  四、电压支撑理论分析

  设SVG的无功补偿容量为Q,带负载未连接补偿器时连接点的正常工作电压为U0,系统短路容量为Ssc,系统阻抗为XS。得系统阻抗:
 

光伏发电中怎样进行无功补偿

  案例概述

  依据传统无功补偿容量的算法,一般光伏电站需配置的无功补偿容量约为光伏系统发电容量的10%左右。针对新疆库尔勒尉犁县某20Mvar光伏发电系统,提出了35kV直挂式SVG和经由降压变与10kVSVG结合两种方案给项目部选择,最终选用后种方案。产品中部分元件参数:SVG降压变压器S11-2000/35/10,变压器短路阻抗10%,装置为±2Mvar,系统最小短路容量64MVA。

  根据方案中的数据分析出,系统阻抗为19.2Ω;SVG能补偿的电压值631V。

  数据分析

  手动检测电压支撑情况,SVG未投入运行时,光伏发电系统并网点电压偏高,达到37.01kV。将SVG设定在恒电流运行模式,通过手动输入感性电流由-10A~-115A额定,观察SVG投入后的并网点电压波形。SVG运行-115A时,并网点电压为36.37kV,与未投入时电压相比降低0.64kV,和理论分析的数据(0.63kV)一致。如图4所示。
 

光伏发电中怎样进行无功补偿

  根据手动运行的情况,针对光伏发电系统的母线电压的情况以及参考裂解保护值设定,将SVG设定在恒电压运行模式,并网点目标控制电压为36.4kV(客户可以并网点电压修改目标控制电压值),运行SVG,观察SVG运行数据及并网点电压,如图5所示。
 

光伏发电中怎样进行无功补偿

  响应时间测试波形

  装置动态无功响应时间主要是并网点电压异常升高或者降低,无功装置通过目标电压值与采样电压值换算后输出的无功电流值90%所需要的时间。装置在做测试时可以通过手动设定目标电压值或者在电压采样回路中串入电阻来模拟电压跌落进行响应时间的测试。图6为产品现场电压支撑时的响应时间测试,约为22.19ms,满足光伏发电站对无功补偿装置30ms的要求。

  谐波电流测量

  将电能质量分析仪挂在系统测量回路侧,采集SVG投入、切除时系统电流数据,将采样的数据综合分析比对,可以看出SVG在谐波上面有良好的补偿效果。SVG谐波补偿数据分析如表1所示。
 

光伏发电中怎样进行无功补偿

  五、结论

  本文主要介绍了光伏发电行业电能质量现状及存在的问题,针对光伏电能问题提出可行性解决方案。从应用案例中可以看出,通过恒电流模式手动给定无功电流,SVG在光伏电网中能起到一定的电压支撑作用。在恒电压模式下,通过PID控制算法使SVG输出控制目标电压值,并在试验过程中采用电量记录仪和电能质量分析仪对响应时间、系统电流进行了测试。试验结果可见,SVG具有动态响应快,无功输出可调节范围宽等优点,并能对系统中的谐波有很好的抑制,从而能提高整个光伏系统运行的稳定性。

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