王安
中国华电科工集团有限公司 北京市 110032
摘要：近10年，国内大规模光伏电站多建在偏远、光资源好的地区，当地电能无法消纳，需经国家电网远距离外送，这对光伏发电的电能质量有一定要求，对此情况，本文对大型并网光伏电站静止无功发生器的技术应用分析和探究。
关键词：光伏电站；无功补偿
Abstract: In the past 10 years, most of the large-scale photovoltaic power stations in China have been built in remote areas with good light resources. Local electricity can not be absorbed and needs to be sent out by the state grid over a long distance. This has certain requirements on the power quality of photovoltaic power generation, this paper analyzes and explores the technical application of static Var generator in large grid-connected PV power station.
Key Words: Photovoltaic Power Station; reactive power compensation
1、并网光伏电站对于电网电能质量影响的分析
目前，大型光伏电站多集中在光资源较好的偏远地区，需经远距离高压输电，将电能传输到人口集中，工业比重大，经济发达地区，光伏发电对光照强度的变化敏感，若有较大变化时，发出有功功率也会随之变化，又因输电线路阻抗的存在（线路越长，阻抗越大），光伏电站在发出有功功率的同时还需要发出相应的无功功率来抑制由于有功功率变化导致的并网电压波动、闪变甚至越限问题。
2、大型光伏电站通过补偿无功来调节电压偏差
光伏电站通常采用分级、分层的方式对各电压等级的线路进补场，调节电压的方式。若并网点输出电压值不满足电网要求时，可以采取先逆变器调节，若未达标，再通过SVG调节，若仍未达标，最后变压器分接头调节，最终实现输出电压与考核电压同步（电压质量包括电压的偏差、波动、波形及其三相的对称性），即满足电网公司对并网点电压的要求。
光伏电站并网点电压检测点在升压站出线PT（电压互感器）处，此信号传给SVG设备，主要由此设备实现无功补偿与电压控制。
2、静止无功发生器控制策略
2.1恒装置无功功率模式（调试用）
恒装置无功功率模式是根据给定的装置无功作为目标值，控制SVG输出的无功功率。（因调试用，不做具体论述。）
2.2恒考核点无功功率模式
恒考核点无功功率模式是在SVG无功输出能力的范围内，使考核点处的无功功率稳定到给定的系统无功目标值。恒考核点无功功率模式也是一种电压和无功综合控制。当考核点处的电网电压在合理区间时，SVG装置自动调节无功输出，使考核点处的无功功率稳定到给定的目标值。当电网电压超过设定的电压上、下限时，SVG装置进入电压控制调节无功输出。
2.3恒考核点功率因数模
恒考核点功率因数模式与恒考核点无功功率模式类似，区别是恒考核点功率因数模式根据给定的功率因数目标值和系统有功计算得到系统无功目标值。恒考核点功率因数模式是在SVG无功输出能力的范围内，使考核点处的功率因数稳定到给定的功率因数目标值。
恒考核点功率因数模式也是一种电压和无功综合控制。当考核点处的电网电压在合理区间时，SVG装置自动调节无功输出，使考核点处的功率因数稳定到给定的目标值。
2.4恒考核点电压模式
恒考核点电压模式是在SVG无功输出能力的范围内，使考核点处的电网电压稳定到给定的电压目标值。SVG可以根据系统无功电压的要求，快速输出无功功率，提供动态无功支撑，使考核点的电网电压维持在一定范围内。为到达稳定电网电压的目的，SVG采用PI控制器来保证电网电压控制的动态速度和稳态精度。
3、SVG设计应用技术分析
3.1 静止无功发生器
以华电山东济宁领跑者农光互补项目为例，系统可以安装四套无功补偿设备，容量相同，分别在两段的母线上。四套无功补偿设备可以通过高压配电装置断路器分别关合、关断进行投切控制，在中央处理单元MCU中写入程序，设置主从协调模式，来实现“一主三从”控制模式，再通过主机计算、分配各组需发出无功分量，并协调各从属设备提供无功分量给予对系统补偿，每套设备的独自控制模块脉冲输出，以调节电流相量，实现发出或吸收感性、容性无功分量。在进行设计的过程当中，我们需要对无功发生器模块和主控器进行对比和选择。静止无功补偿器主要是由电压型和电流型两种，由于电压型的补偿效果和相应的指标都比电流经要好，故选择电压型。对于功率模块，我们在进行无功补偿设备的安装过程中选用兼具不同性能的模块。对于控制器，我们可以选择信息处理技术和抗干扰能力更强的芯片[2]。
3.2 硬件电路设计
静止无功发生器的控制是本次研究过程当中所涉及的无功发生器的控制核心，它的主要任务是用来控制相应的目标控制值，实现实时监控，进而确保电网的运行情况正常，并且计算无功补偿设备的实际无功功率。在进行输出过程当中所采用的控制信号是一种触发信号，进而实现无功装备输出电路的通断，进而完成最终的无功补偿。
4、工程实例应用分析
4.1工程案例基本情况
华电济宁领跑者光伏电站装机容量为103MWp，本工程由 80 个 1MWp 和 10 个 2MWp 光伏发电分系统组成，采用“分块发电、集中并网”方案，发电分系统全部采用组串式逆变器方案。
110kV 升压站设 110kV、35kV、10kV三个电压等级，升压站 110kV 侧采用线路变压器组接线，35kV 采用两段单母线接线，集电线路进线 7 回，升压站 35kV 系统设置4 套 -3.5~6.5MVar 设置集中动态无功补偿装置，可选择恒装置无功功率模式、恒考核点无功功率模式、恒考核点功率因数模式、恒考核点电压模式，以确保光伏电场升压站出口侧功率因数满足国家电网要求。
4.2升压站SVG对系统电压调节应用分析
分别考虑光伏电站接入系统后在夏大、冬小，以及加装不同容量的动态无功补偿装置的运行方式，系统变电站电压仍满足－3%～+7%的运行要求，系统可以承受该边界值的变化。结合电网实际情况及光伏电站无功配置原则，本案例配置静置无功补偿设备分为4套，可满足季节性变化需求选择投入使用，能有效避免无功补偿设备不能充分发挥能力，造成电量损耗浪费情况的。
5、结束语
我们在进行工程设计过程中，需对于整体的技术体系和实际操作过程中的技术要点进行分析，从而确保动态无功补偿的优势可以得到发挥。在产品应用过程中，还应当不断完善现阶段采用的无功补偿技术，从而使单机大容量和多机不同容量设备落地生产应用，进而推动我国整体静止无功补偿技术更加全面的发展，实现经济效益的提升。
参考文献
[1] 任继光.大型并网风电场和光伏电站内动态无功补偿的应用技术探讨[J].科技经济导刊，2017，（3）：48-49.
[2] 杨明，郑征，韦延方等.《大型光伏电站建模、控制及并网稳定性分析》