大型光伏电站无功电压控制策略
光伏电站无功电压控制研究
光伏电站无功电压控制研究摘要：随着我国科技的不断进步与发展，人们对电力的依赖越来越高，供电系统的安全稳定便越来越受到人们的关注。
对于光伏电站来说，其输电端并网时，会影响电网的潮流以及分布情况，使电网中传输的各个节点的电压产生波动。
为了在保证电网合格功率和电压的情况下稳定并网时公共連接点的电压变化，本文通过构建光伏电站模型的具体内容以及光伏电站无功电压控制的具体措施做简要分析。
关键词：光伏电站；无功电压；控制；策略近年来，随着我国光伏电站的发展，相应的无功电压控制工作也发展得越来越快。
目前可以将逆变器和光伏阵列比作等效PV和PQ可控电源，并根据类比结果改进电站模型的构建。
因此，为了加强光伏电站的无功电压控制，有必要加强对不同功率类型光伏电站具体运行情况的研究和分析。
1构建光伏电站模型的具体内容1.1并网系统的设计要点对于光伏电站的并网逆电器控制系统来说，通过加强对于并网测电流与电容电流有源阻隔的有效控制，从而实现对于并网逆变器的控制。
在具体控制过程中最主要的控制点是跟踪与电流的控制环，这样可以有效地降低工作，量并且能够为有功和无功提供工作环境。
然后工作人员可以对两种不同工作环境的状况进行分析控制，合理调整交流信号的误差，在具体的控制过程中的能使得并网逆变器的无功功率获得有效的控制。
在光伏电站进行并网操作的过程中，由于整个操作过程较为复杂，在这个过程中汇集线路、光伏列阵以及升压变压器起到主要的控制作用，通过它们来连接整个并网系统中的并网点，然后经过传输线路直接输入到PCC。
在进行光伏电站电网操作过程中完成并网操作后，就需要对电压进行测量，可以通过选择使用PCC 对无功电压进行控制。
1.2光伏电站的模型设计要点对于光伏电站的并网操作来说，一般都是使用逆变器并联集中并网，升压站的变压器可以发出高压电流来进行有效的输电，例如我国目前的电网蒙电光伏发电项目，由于该项目的拓扑结构复杂，因此对于升压变压器的低压测电压，其中无功补偿装置主要是在主变压器的低压位置，但是由于光伏列阵的占地面积较大，因此可以通过光伏电站将太阳能转化为升压变压器低压侧。
关于大型光伏电站无功电压控制研究
关于大型光伏电站无功电压控制研究大型光伏电站是一种利用光伏组件将太阳能转化为电能的设施，是目前清洁能源发展的重要组成部分。
随着大型光伏电站规模不断扩大，其对电网的影响也日益凸显。
无功电压控制是大型光伏电站接入电网中需要解决的重要问题之一。
本文将围绕这一问题展开讨论，并对大型光伏电站无功电压控制进行深入研究。
一、大型光伏电站无功电压控制的背景与意义随着清洁能源的发展和应用，大型光伏电站作为清洁能源发电的重要形式，不断地被建设和接入电网。
大型光伏电站的接入给电网带来了诸多挑战，其中包括无功电压控制问题。
无功电压控制是大型光伏电站接入电网中的重要问题，它直接影响着电网的稳定运行和供电质量。
研究大型光伏电站无功电压控制具有重要的理论和实际意义。
目前，针对大型光伏电站无功电压控制的研究已经取得了一定的进展。
在无功功率因数控制方面，研究者提出了一系列的控制策略和算法，包括直接功率控制、PI控制、模糊控制、神经网络控制等。
这些方法在一定程度上可以有效地控制大型光伏电站的无功功率因数，提高其与电网的供电质量匹配。
在电压控制方面，研究者也提出了一些针对大型光伏电站的电压控制方法，包括电压无序控制、静态容补偿等。
这些方法可以降低大型光伏电站接入电网后的电压波动，提高电网的稳定性。
针对大型光伏电站无功电压控制的关键技术，包括以下几个方面：1.控制策略选择：根据大型光伏电站的特点和电网的要求，选择合适的控制策略，如直接功率控制、PI控制、模糊控制、神经网络控制等。
2.无功功率因数控制：通过有效的控制算法，控制大型光伏电站的无功功率因数，使其与电网的供电质量匹配。
3.电压控制：通过合适的电压控制方法，降低大型光伏电站接入电网后的电压波动，提高电网的稳定性。
4.响应速度：大型光伏电站无功电压控制需要尽快响应电网的需求变化，因此控制系统的响应速度也是关键技术之一。
1. 多学科融合：大型光伏电站无功电压控制需要融合电力系统、控制理论、电子技术等多学科知识，未来将会有更多的跨学科合作和交叉研究。
【精华】大规模光伏电站的无功电压协调控制策略
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。
光伏电站无功控制策略
光伏电站无功控制策略光伏电站无功控制策略1. 引言光伏电站无功控制是光伏发电系统中非常重要的一部分，能够优化电网的功率因数和电压稳定性。
本文将介绍几种常见的光伏电站无功控制策略。
2. 固定功率因数控制固定功率因数控制是一种基本的无功控制策略，通过设置光伏电站输出功率中的无功功率部分来实现功率因数的控制。
该策略适用于对功率因数要求稳定的场景，如需要满足电网要求的场合。
•优点：–简单易实施，不需要复杂的算法和控制器；–能够满足功率因数要求，保证电网的稳定性。
•缺点：–无法适应电网负荷变化的情况；–对电网的响应速度较慢。
3. 电压无功特性曲线控制电压无功特性曲线控制是根据电压的变化特性来调整光伏电站的无功功率输出。
通过实时测量电网电压，电站根据预先设置的电压无功特性曲线来调整电站的无功功率。
•优点：–能够根据电网电压的实际情况及时调整无功功率；–可以有效提高电压的稳定性。
•缺点：–需要进行复杂的曲线拟合及计算，对计算能力要求较高；–预先设置的电压无功特性曲线需要经过一定的调试。
4. 无功功率响应控制无功功率响应控制是一种根据电网调度进行无功功率调整的策略。
光伏电站与电网保持通信，根据电网发出的无功功率指令来调整电站的输出功率。
•优点：–能够实时响应电网无功功率调度，根据电网需求灵活调整；–可以提高电网的稳定性和效率。
•缺点：–依赖于电网对光伏电站的控制能力，存在一定的依赖性；–需要与电网进行稳定的通信，对通信网络要求较高。
5. 基于模型的无功控制基于模型的无功控制是根据光伏电站的电气特性建立模型，通过模型来实现对光伏电站的无功功率的控制。
该策略可以根据电网的需求来调整电站的无功功率输出。
•优点：–可以根据电气特性建立较为准确的模型，提高控制的精确度；–可以根据电网要求灵活调整无功功率。
•缺点：–需要进行复杂的建模及计算，对计算能力要求较高；–模型的准确性需要进行验证和修正。
6. 总结光伏电站无功控制策略是光伏发电系统中的重要环节。
关于大型光伏电站无功电压控制研究
关于大型光伏电站无功电压控制研究作者：卓越向盼来源：《科技风》2018年第28期摘要：大型的光伏电站在输电端进行并网期间，会对电网的潮流及其分布情况带来一定的影响，同时引起了电网中各个节点电压的波动。
为了使得光伏电站的并网满足公共连接点（PCC）无功电压的控制要求，通过研究九区图的原理，以功率因数与PCC电压皆合格作为最终的控制目的，对PQ电源式与PV电源式大规模的光伏电站提供了无功电压的控制方法。
建立了相应的等效模型，达到了良好的效果。
本文阐述了大型光伏电站的模型建立，分析了大型光伏电站对无功电压的控制策略。
关键词：大型光伏电站；无功电压；控制策略本文主要把逆变器与光伏阵列等效为PV（PQ）的可控制等效电源，对包括汇集线路、变压器、送出线路的大规模光伏电站展开了建模；分别针对PQ、PV电源式的光伏电站，提供了以功率因数与电压为控制目的的无功电压的控制方法；分析了各个时刻的电站负荷与出力的变化情况。
提出了光伏电站无功电压控制中需要注意的问题，以下就相关问题展开详细论述。
一、大型光伏电站的模型建立（一）大型光伏电站的并网系统构造并网的光伏电站一般包括很多成分，主要由汇集线路分别接入逆变器、光伏阵列、升压的变压器，到相应的并网点（即POI），然后，通过传输线路接到PCC。
并网以后的电压其测量点可以选择PCC或者POI，本文主要将PCC作为无功电压的控制点。
具体参见图1所示：（二）光伏电站的等效模型第一，逆变器与光伏阵列的等效模型。
按照具体的潮流计算标准，如果逆变器选择了恒功率控制方法或者电流源的输出模式，则二者将等效为PQ可控的电源；如果逆变器选择恒电压控制方法与电压源输出模式，则二者等效为PV可控的电源。
第二，大型光伏电站的交流一次系统没有对交流一次系统进行等效，参数主要依据典型的系统参数。
光伏电站的等效模型主要包括PQ、PV可控的等效电源与交流一次系统。
二、大型光伏电站对无功电压的控制策略（一）光伏电站的无功电压控制系统构造第一，无功电压的两种控制策略。
大型光伏电站无功电压控制策略
大型光伏电站无功电压控制策略发表时间：2019-01-15T11:06:30.783Z 来源：《信息技术时代》2018年4期作者：姚园园[导读] 随着我国经济的不断发展，对光伏电站无功电压控制策略的实施提出了更高的要求，因而在此基础上，为了打造良好的电网运行空间（陕西中地能源开发建设有限公司，陕西咸阳 712000）摘要：随着我国经济的不断发展，对光伏电站无功电压控制策略的实施提出了更高的要求，因而在此基础上，为了打造良好的电网运行空间，要求电力部门在对光伏电站进行操控过程中应注重以RTDS实时仿真系统平台的搭建形式全面掌控到无功策略实施现状，并及时发现无功设备运行过程中凸显出的相应问题，对其进行有效处理。
关键词：大型光伏电站、无功电压控制一、引言大型光伏电站在输电侧并网以此影响普通电网潮流的大小和分布,并改变电网的各节点电压。
对小型并网光伏电站只对普通电网供电，不参与电网的无功电压控制，中型和大型并网光伏发电站根据PCC电压水平调节无功输出，应当具备参与电网无功电压控制的能力。
近年来，随着光伏产业的快速发展，系统成本不断降低，光伏并网技术逐渐成熟，建设大型光伏并网的光伏发电设施成为大规模利用太阳能的有效方式。
与分布式光伏发电不同，大型光伏电站在沙漠地区建设的多，当地负荷水平低，接入地区电网短路容量比较小，大容量的光伏需求需要在高压长距离输电线路外进行输电。
光伏发电因为受到光照射的影响大，光照的变动会直接引起有功输出的波动，从而进一步限制了并网点电压的波动，因此，大型光伏发电厂必须具备无功电压控制能力。
二、大型光伏电站的建模结构（一）大型光伏电站并网系统结构并网型大型光伏发电站主要从集成电路依次连接太阳能电池阵列、逆变器、升压变压器,并与网点(POI)连接,进而经由送出线路与PCC 连接。
并网后电压测量点可以选择POI或PCC，测量时可以选择PCC作为无功电压控制点二次升压而集中在110kV电网上的大型光伏电站[1]。
大型光伏电站无功电压控制策略
大型光伏电站无功电压控制策略作者：武春艳来源：《中国科技博览》2017年第05期[摘要]随着光伏发电渗透率的不断提高，光伏电站引起的无功电压问题日益突出；大型光伏电站必须具备无功调压能力，必要时参与电力系统的无功调节。
随着光伏电站向规模化和大型化发展，站内的无功电压问题亦日益凸显。
因此文章重点就大型光伏电站无功电压控制策略展开探讨。
[关键词]大型光伏电站；无功电压；控制策略中图分类号：TP111.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0059-02光伏发电因其清洁高效无噪声等特点，已成为利用太阳能的主要形式，近年来发展迅猛，已然成为缓和能源危机，改善环境问题的重大技术举措，并被认为是可预见未来的主要能源。
截止到2014年底，全球光伏发电装机容量已达到 188.8GW，其中德国发展较好，光伏装机容量已占全国总电力装机容量的21.5%，发电量占比达到6.3%，成为装机容量最大的电源。
我国光伏发电产业起步较晚，但在市场调节和政策扶持下，近年发展迅速。
截止到 2015 年底，我国已成为光伏发电装机容量最大的国家，光伏发电累计装机容量已达到4318万千瓦，其中光伏电站3712万千瓦，分布式光伏606万千瓦。
我国能源局于 2015年12月15 日印发的《太阳能利用“十三五”发展规划（征求意见稿）》中指出，到2020年底，我国太阳能发电装机容量达到1.6亿千瓦，年发电量达到1700亿千瓦时；太阳能发电在电力结构中所占比重约7%，在新增电力装机结构中的比重约15%，在全国总发电量结构中的比重约2.5%，其中光伏装机容量更是达到1.5亿千瓦。
随着光伏电站的大型化和规模化，以及光伏电源在电网中比例的增加，光伏并网带来的问题逐渐显现，其中无功电压问题不容忽视。
一、大型光伏电站无功电压控制研究现状目前关于大型光伏电站无功电压控制策略都重点对并网点电压进行控制，均未考虑电站内部电压分布情况。
实际上，由于电站内部集电线路以及箱式升压变压器电气参数的影响，光伏发电单元出口电压也会随着光伏出力的波动而波动，严重时导致保护装置动作，逆变器连锁脱网，且不同位置的光伏发电单元会呈现不同的无功电压特性。
大型光伏电站无功优化协调控制策略
大型光伏电站无功优化协调控制策略王多;陈良耳;陈仕彬;智勇;汤奕【摘要】为解决光伏电站因各种扰动引起的电压越限问题,光伏电站应具备无功调压能力.在分析单台光伏逆变器无功容量和光伏电站无功与电压关系的基础上,提出了一种大型光伏电站无功优化协调控制策略.该控制策略采用PI控制器实现电压的无差控制,并协调无功补偿装置和逆变器的无功容量为电网提供电压支撑,同时根据无功线路损耗对逆变器无功进行优化分配.结果表明:该控制策略能保证光伏电站并网点电压稳定,降低站内线路损耗,验证了所提控制策略的正确性.【期刊名称】《沈阳工业大学学报》【年(卷),期】2018(040)004【总页数】7页(P368-374)【关键词】大型光伏电站;逆变器;无功控制;控制策略;无功容量;无功电压关系;无功线路损耗【作者】王多;陈良耳;陈仕彬;智勇;汤奕【作者单位】国网甘肃省电力公司基建部,兰州730030;南京师范大学电气与自动化工程学院,南京210042;国网甘肃省电力公司电力科学研究院,兰州730030;国网甘肃省电力公司电力科学研究院,兰州730030;东南大学电气工程学院,南京210096【正文语种】中文【中图分类】TM615随着能源的结构优化和绿色发展，转型成为当今时代的重要任务，新能源的开发利用越来越受到人们重视.其中，太阳能以其独特的资源优势和环境优势逐渐成为关注焦点，近几年来光伏发电产业更是蓬勃发展[1].2015年我国光伏装机容量首次超过德国跃居世界第一，成为我国新能源发展史上新的里程碑.建设大型光伏电站能够更加集中有效地利用太阳能资源，研究其控制特性对今后光伏电站大规模并网运行具有重要的指导意义[2-3].大型光伏电站多建在偏远荒漠地区，远离负荷中心，电能需经长距离高压输电线外送.随着光伏发电在电网中的渗透率不断增加，光伏发电因其具有随机性和波动性的特点将对电网电压稳定造成不利影响.目前针对分布式光伏发电调压方式的研究较多，主要有定功率控制、利用储能装置调压以及装设无功补偿装置调压.文献[4-5]对光伏发电定功率控制进行研究，但只能通过降低出力运行实现调压.文献[6]利用储能装置抑制电网电压波动，但需要装设额外的储能装置，增加了设备投资.文献[7]通过静止型动态无功补偿装置提供无功，能提高光伏电站电压稳定性，但大规模使用的成本较高.与分布式光伏发电不同，光伏电站内部的无功源包括无功补偿装置和光伏逆变器，而光伏逆变器可实现有功、无功的解耦控制.文献[8]分析表明，当光伏发电的渗透率大于30%时，其调压能力可取代调压电容器的作用.若光伏电站能充分利用逆变器的无功容量为电网提供电压支撑，将大大降低无功补偿装置的投资成本.这不仅需要对无功补偿装置和逆变器进行无功协调控制，还需要对多台逆变器进行无功协调控制.本文首先研究单台光伏逆变器的无功容量，分析其限制因素；其次研究光伏电站无功和各点电压之间的关系，并提出了一种大型光伏电站无功优化协调控制策略；最后在PSCAD/EMTDC软件中建立了光伏电站仿真模型，验证所提出控制策略的正确性.1 单台光伏逆变器无功容量光伏逆变器的无功容量决定了光伏电站的无功电压控制效果，因此，研究光伏电站无功控制策略首先要研究光伏逆变器的无功容量.1.1 线路阻抗限制光伏逆变器的无功容量受线路阻抗的限制[9-10]，光伏逆变器的并网等值电路如图1所示.图1 并网等值电路Fig.1 Grid equivalent circuit图1中Ui为第i台逆变器出口处电压；Um为光伏电站接入点电压；xi为第i台逆变器出口处的电感量；Pi和Qi为第i台逆变器输出的有功和无功功率.有功和无功方程为(1)(2)式中，αi为第i台逆变器出口处电压和光伏电站接入点电压的相角差.由式(1)和式(2)可得(3)光伏逆变器输出的有功功率与光照强度、环境温度和光伏阵列的额定容量有关，并在0～Pmax之间变化.逆变器的实际工作区域如图2中阴影所示.图2 逆变器有功、无功功率容量Fig.2 Active and reactive power capacity of inverter第i台逆变器输出的无功功率范围为(4)当Pi=0 p.u.时，第i台逆变器输出的无功功率范围为(5)1.2 逆变器视在功率限制光伏逆变器的无功容量受逆变器的视在功率限制，若逆变器有功输出增多，则无功容量会相应减少.通常逆变器允许短时间工作在视在功率的1.1倍处，则第i台逆变器输出的有功功率和无功功率的关系为(6)因此，第i台逆变器输出的无功功率范围为(7)在此限制条件下，当P=1 p.u.时，当P=0 p.u.时，综上所述，当同时考虑线路阻抗限制和逆变器视在功率限制时，由式(4)和式(7)可得第i台光伏逆变器的无功容量为(8)(9)2 光伏电站无功优化协调控制策略2.1 光伏电站拓扑结构大型光伏电站由m×n个光伏发电单元(PV generation unit，PVGU)组成[11]，常见的拓扑结构如图3所示.图3 光伏电站拓扑结构Fig.3 Topological structure of PV power station图3中UiL(i=11，12，…，nm)为第i个光伏发电单元出口处电压；UPOIL为主变压器T低压侧母线电压；UPOIH为主变压器T高压侧母线电压；U为电网电压. 该光伏电站有n条集电线路，每条集电线路上接有m个光伏发电单元.光伏发电单元中的逆变器将光伏板发出的直流电逆变为400 V的交流电，经0.4 kV/10 kV升压变压器升至10 kV后接入集电线路，集电线路接入主变压器低压侧母线，再经主变压器升压至110 kV后通过高压交流输电线和大电网相连.2.2 光伏电站无功电压关系建立的光伏电站等值模型[12]如图4所示.图4 光伏电站等值模型Fig.4 Equivalent model for PV power station图4中Pi+jQi为第i个PVGU发出的功率；Zi为连接第i个PVGU与第i-1个PVGU的集电线路阻抗；ZTi为第i个PVGU的升压变压器等效阻抗；BT为主变压器激磁导纳；UiL与UiH分别为第i个升压变压器低压侧和高压侧电压.2.2.1 光伏电站并网点电压以电网电压U为基准，忽略电压降横分量及导纳参数，光伏电站并网点电压UPOIH(以下过程均以标幺值计算)可近似表示为(10)式中：∑Pi和∑Qi分别为光伏电站的有功和无功输出；QC为无功补偿装置的无功输出；ΔP、ΔQ分别为主变压器、光伏发电单元升压变压器以及集电线路阻抗造成的有功和无功损耗；Zg=Rg+jXg为高压交流输电线阻抗.由式(10)可知，光伏电站并网点电压不仅与输电线路阻抗有关，而且与电网电压、光伏电站的有功和无功输出、无功补偿装置的无功输出以及有功和无功损耗有关.当并网点电压发生波动时，可以调节无功输出∑Qi和QC来改善并网点电压.2.2.2 光伏发电单元出口处电压因集电线路结构相同，以第1条集电线路为例进行分析.第i个光伏发电单元出口处电压为(11)由式(11)可知，光伏发电单元出口处电压不仅与集电线路阻抗有关，而且与光伏电站并网点电压、光伏发电单元在集电线路中的位置、自身输出功率和其他光伏发电单元输出功率有关.进一步推导易得，集电线路首端的光伏发电单元出口处电压最低，接近于光伏电站并网点电压，集电线路末端的光伏发电单元出口处电压最高，也最易发生电压越限.集电线路阻抗对电压有抬升作用，光伏发电单元出口处电压向集电线路末端方向逐渐升高.2.3 无功优化协调控制策略光伏电站无功优化协调控制策略如图5所示.图5中Uref为光伏电站并网点参考电压；Q0为无功初始量；Qref为无功参考量；ki为第i个光伏发电单元的无功分配系数；Qsmax和Qsmin分别为SVG的感性和容性无功容量；Qimax和Qimin 分别为第i个光伏发电单元的感性和容性无功容量；Qsref和Qiref分别为SVG和第i个光伏发电单元分配到的无功参考量.图5 无功优化协调控制策略Fig.5 Reactive power optimization coordinated control strategy鉴于静止型动态无功补偿装置SVG的动态无功调节能力较好，下文所述控制策略以SVG作为无功补偿装置进行设计与分析.该控制策略将光伏电站并网点参考电压Uref和实时检测电压UPOIL比较，通过PI控制器得到无功参考量Qref，再合理分配给SVG和光伏逆变器实现并网点电压的调节.在静态稳定条件下，光伏电站并网点电压波动量与无功输出变化量之间的关系可采用线性函数近似表示，因此采用PI控制器实现电压的无差控制[13]，其中PI控制器的传递函数可表示为(12)式中：参数ω1和ω2由系统的相位裕度决定；参数KPI由系统的无功电压调节特性决定.为减少光伏发电单元无功引起的线路损耗，在无功分配时应优先考虑SVG，无功分配时按两种情况进行讨论：1) 当无功参考量Qsmin<Qref<Qsmax时，SVG分配到的无功参考量为Qsref=Qref(13)第i个光伏发电单元分配到的无功参考量为Qiref=0 p.u.(14)2) 当无功参考量Qref<Qsmin或者Qref>Qsmax时，SVG分配到的无功参考量为Qsref=Qsmin或者Qsref=Qsmax(15)第i个光伏发电单元分配到的无功参考量为(16)由于各光伏发电单元距离光伏电站并网点远近不同，特别是大型光伏电站的占地面积将达到十几平方公里，若将光伏发电单元总的无功参考量平均分配给各光伏发电单元，远离并网点的光伏发电单元所引起的线路损耗将远远高于靠近并网点的光伏发电单元.因此，本文提出一种考虑无功线路损耗的无功优化分配方案，通过改变无功分配系数ki实现无功的优化分配，有效地降低无功线路损耗.由于集电线路电抗Xi和光伏发电单元升压变压器电抗XTi不会因为无功输出而产生有功损耗，因此，集电线路电阻Ri和光伏发电单元升压变压器电阻RTi是光伏电站产生有功损耗的主要因素，令ri为第i个光伏发电单元出口到光伏电站并网点的等效电阻，其计算式为(17)光伏电站中各光伏发电单元因电阻产生总的有功损耗为(18)其中，约束条件为∑Qiref=Q(19)要使得∑ΔP最小，则需构造拉格朗日函数C=∑ΔP+λ(∑Qiref-Q)(20)并对C求偏导(21)得到Q11refr11=Q12refr12=…=Qnmrefrnm(22)又因Qiref=ki(Qref-Qsref)(23)联立式(22)和式(23)可得k11r11=k12r12=…=knmrnm(24)无功分配系数ki满足k11+k12+…+knm=1(25)将式(24)代入式(25)可得(26)解得(27)综上，无功分配系数ki为(28)利用式(28)所示的无功分配系数可以对各光伏发电单元的无功进行优化分配，降低光伏电站内部因无功分配不合理而产生的额外有功损耗.但是，由于各光伏发电单元排列结构和线路参数的不确定性，其无功分配系数应结合实际情况进行计算.3 仿真分析为验证本文所提无功优化协调控制策略的正确性，在PSCAD/EMTDC软件中建立如图6所示的光伏电站仿真模型.光伏电站有2条集电线路，每条集电线路上接有3个PVGU，分别用来模拟集电线路首中末三个位置的PVGU，每个PVGU容量为2 MW，经0.4 kV/10 kV升压变压器接入集电线路.主变压器变比为10kV/110 kV，升压至110 kV后经长距离高压交流输电线与大电网相连.SVG接在主变压器低压侧母线上，容量为-4～5 Mvar.仿真过程分为三个阶段，开始时光伏电站以单位功率因数方式正常运行；在0.2 s时主变压器低压侧母线突然发生三相短路故障，此时SVG和光伏逆变器开始输出无功提供电压支撑；在0.4 s时继电保护动作故障清除，SVG和光伏逆变器无功输出量逐渐降为零.仿真模型选用主变压器低压侧母线作为电压控制点.图6 光伏电站仿真电路Fig.6 Simulation circuit of PV power station因两条集电线路结构相同，下文仅以第1条集电线路的仿真结果进行分析.光伏电站仿真模型中无功优化协调控制策略仿真结果如图7所示.图7 控制策略仿真结果Fig.7 Simulation results of control strategy从图7a可以看出，当发生三相短路时，采用无功优化协调控制策略，电压控制点电压能较好地稳定在0.988 p.u.附近，而未采用无功优化协调控制策略时，电压跌落到0.963 p.u.左右；从图7b可以看出，在发生三相短路后SVG无功输出量迅速增加，且很快达到饱和状态；另外，对比图7c和图7d可以发现，在考虑无功线路损耗进行无功优化分配时，靠近并网点的PVGU无功输出量大于远离并网点的PVGU无功输出量，从而最大限度地降低因无功分配不合理而导致的有功损耗，同时使集电线路上各PVGU出口处电压分布更为均衡.上述仿真结果验证了本文所提大型光伏电站无功优化协调控制策略的正确性.4 结论通过上述分析可得结论如下：1) 单台光伏逆变器的无功容量受到线路阻抗限制和逆变器视在功率限制.2) 光伏电站并网点电压与输电线路阻抗、电网电压、光伏电站的有功和无功输出、无功补偿装置的无功输出以及有功和无功损耗有关.光伏发电单元出口处电压与集电线路阻抗、光伏电站并网点电压、光伏发电单元在集电线路中的位置、自身输出功率和其他光伏发电单元输出功率有关.3) 本文所提控制策略采用PI控制器实现电压的无差控制，在无功分配时优先考虑SVG，在对光伏发电单元分配无功时考虑了无功线路损耗因素，降低了因无功分配不合理而导致的有功损耗.在PSCAD/EMTDC软件中建立光伏电站仿真模型，仿真结果表明，所提控制策略能够很好地协调SVG和各光伏发电单元之间的无功输出，保证电网电压稳定.参考文献(References)：【相关文献】[1] 章激扬，李达，杨苹，等.光伏发电发展趋势分析 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大型光伏电站无功电压控制策略周林邵念彬（重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆 400030）摘要:对于大型光伏电站有功出力的波动不仅会造成并网点电压越限也会造成电站内部局部电压过高导致保护动作使得逆变器脱网。
分析了光伏电站并网点电压及站内各光伏发电单元并网电压的影响因素提出了一种考虑站内电压分布的大型光伏电站无功电压控制策略。
该控制方法通过实时检测并网点电压与参考值比较，并通过PI控制器自动获取维持并网点电压所需的无功需求量实现并网点电压的动态调节通过实时调节逆变器的无功输出实现站内电压均匀分布。
应用灵敏度的分析方法表示无功与电压间的关系给出了PI控制器参数的设计过程并将以站内电压均匀分布为目标的无功优化问题转化为可以快速准确求解的带约束条件的非线性规划模型，对该模型进行求解计算出无功补偿装置及各组光伏发电单元的无功参考量在保证并网点电压稳定的基础上改善站内电压分布保证光伏电站的稳定运行。
最后通过仿真计算验证了该控制策略的正确性和可行性。
关键词：光伏；发电；大型光伏电站；电压波动；无功控制；电压控制；灵敏度；电压分布中图分类号：TM 615 文献标识码：A DOI：10.16081／j.issn.1006－6047.2016.04.0180引言近年来随着光伏产业迅速发展，系统成本不断降低，光伏并网技术逐渐成熟，建设大型并网光伏电站成为大规模利用太阳能的有效方式［1］。
不同于分布式光伏发电，大型光伏电站多建立在荒漠地区，当地负荷水平较低，所接入地区电网的短路容量较小，大量的光伏电力需要高压长距离输电线路外送［2-3］。
由于光伏发电受光照影响较大，光照的波动会引起有功输出的波动，从而导致并网点电压波动甚至越限［4］，因此大型光伏电站必须具备无功电压控制能力［5］。
目前针对光伏电站电压控制的研究多集中在分布式发电领域。
分布式光伏发电的调压方式主要有利用储能装置［6 - 7］、无功补偿装置、逆变器无功功率控制［8］。
储能装置可以平抑有功波动但会增加系统成本，且控制复杂；无功补偿装置调压忽略了逆变器的无功输出能力；逆变器无功功率控制主要针对本地负载的无功补偿，不能实现光伏电站的无功独立控制。
此外，德国电气工程师协会提出了适用于分布式光伏发电的4种无功控制策略：恒无功功率Q 控制、恒功率因数cos φ控制、基于光伏有功出力的cosφ（P）控制及基于并网点电压幅值的Q（U）控制策略［9］。
但这4 种控制策略仅针对单台逆变器，并不适用于大型光伏电站。
不同于分布式光伏发电，大型光伏电站内部无功源包括逆变器和无功补偿装置，因此大型光伏电站的无功电压控制必然涉及逆变器与无功补偿装置以及各逆变器的协调控制。
文献［10］提出了以并网点电压以及并网点功率因数为控制目标的控制策略；文献［11］将大型光伏电站内部的无功源分为3层，提出了3层无功控制策略。
但以上文献都只针对并网点电压进行控制，未研究电站内部的电压分布情况。
大型光伏电站通常由多组光伏发电单元PVGU（PV Generation Unit）组成，每组PVGU 分别通过升压变压器汇入送端配电站，然后以相应的电压等级实现远距离高压交流输电［12］。
虽然目前尚无规范对站内PVGU并网电压做出具体规定，但由于站内集电线路的存在，随着有功出力的增加，可能会导致线路末端PVGU 电压过高，从而导致保护装置动作，使得逆变器脱网，不利于光伏电站稳定运行。
考虑到在正常工况下，无功电压之间呈现近似线性关系，本文基于无功电压灵敏度分析方法，提出了一种考虑站内电压分布的大型光伏电站无功电压控制策略。
该控制策略通过优化计算对各台逆变器及无功补偿装置的无功出力进行协调，在并网点电压动态调节的基础上，改善站内电压分布，最后通过相应算例进行了仿真验证。
1大型光伏电站原理1.1大型光伏电站拓扑结构大型光伏电站多采用逆变器并联集中并网，通过升压站变压器实现高压交流输电［13］。
以国电蒙电巴彦淖尔市乌拉特后旗光伏发电项目为例，其拓扑结构如图 1 所示。
图中Ui（i = 1，2，…，n）表示第i 组PVGU 升压变压器低压侧电压；UPOI 表示主变压器高压侧（并网点）电压；U 表示电网电压。
无功补偿装置装设在主变压器低压侧。
该光伏电站由多组PVGU 并联组成。
光伏发电单元将直流电能逆变为270 V 交流电，为降低电站内部损耗，每组PVGU 配置1 台0.27 kV ／10 kV 升压变压器（Ti）。
由于光伏阵列占地面积较大，各组PVGU之间距离较远，需要m 回集电线路（每回集电线路串联l 组光伏发电单元将电能汇集，接入主变器（T）低压侧，由主变器将电能集中升压至110 kV，通过送出线路输送至电网。
每组PVGU 由2 台500 kW 逆变器并联组成。
逆变器采用单级结构，光伏阵列将太阳能转化为直流电能，通过直流侧电容接入逆变器，再经由LCL 滤波器接入升压变压器低压侧。
每台并网逆变器均采用相同的结构、参数和控制策略，当一台并网逆变器出现故障时，不影响剩余各组的工作。
1.2 并网逆变器控制系统针对LCL 型并网逆变器，可通过控制并网侧电流实现逆变并网［14 -16］。
为增加系统的稳定性，采用电容电流有源阻尼控制策略［17］。
完整控制框图如图2所示［18-20］。
图中，upv 和ipv 分别表示逆变器直流侧电压、电流；P * 和Q* 分别表示有功参考和无功参考；isαβ和usαβ分别表示实际的并网电流和并网电压，isαβref 表示电流参考；kd 表示电容电流有源阻尼因子。
该控制策略包括直流侧最大功率点跟踪（MPPT）和电流控制环两部分。
所有控制过程完全在αβ坐标系下进行，省去了锁相环节以及电流环解耦控制。
MPPT 过程采用扰动观察法，可给出有功参考P *，无功参考Q* 由外部给定或者由有功参考P* 乘以功率因数cosφ获得；根据瞬时功率理论可由有功参考和无功参考计算出电流参考isαβref。
电流环采用准PR控制器［20］，可以实现交流信号的无差调节。
在该控制策略下，通过给定Q*或者功率因数cosφ就可以实现逆变器无功功率的独立控制。
2 光伏电站输出功率与电压关系分析建立图1的等值模型，如图3所示。
为简化分析，忽略PVGU升压变压器激磁导纳。
图中，Pi + jQi表示第i 组PVGU 所发出功率；Zi 表示第i组PVGU与第i-1 组PVGU 之间的线路阻抗；ZTi 表示第i组PVGU的升压变压器的等效阻抗；Ui1 与Ui2 分别表示第i组升压变压器低压侧电压和高压侧电压；U2POI 表示主变压器低压侧电压。
（1）光伏电站并网点电压分析。
以电网电压U为基准，并网点电压UPOI 可近似表示为式（1）（以下过程均以标幺值计算）。
UPOI≈U+（Pi-ΔP ）Rg+（Qi+QC-ΔQ）XgU（1）其中，Zg=Rg+jXg 为送出线路阻抗；ΔP 、ΔQ 分别为站内集电线路以及变压器阻抗造成的有功损耗和无功损耗鄱Pi、Qi 分别为光伏电站的有功输出和无功输出；QC为无功补偿装置无功输出。
由式（1）可知，当光伏电站有功输出Pi发生波动时，会造成并网点电压波动，对此可以通过调节站内无功输出Qi 以及无功补偿装置无功输出QC对并网点电压进行调节。
（2）光伏发电单元并网电压分析。
因每回集电线路结构相同，因此取第1 回集电线路进行分析。
忽略电压降横分量及导纳参数，第i组PVGU并网电压Ui1可表示如下：其中，Zi=Ri+jXi；ZTi=RTi+jXTi。
由式（2）可知光伏电站内部PVGU 并网电压不仅与光伏电站并网点电压有关，而且与自身输出功率和其他发电单元输出功率密切相关。
且在集电线路末端的光伏发电单元的电压偏差最大，最易发生越限。
同时由式（2）可知，可利用各台逆变器的无功输出Qi，对站内电压进行优化。
3 无功电压控制策略3.1 不同无功源无功输出对并网点电压影响分析光伏电站内部无功源包括无功补偿装置和PVGU，为研究不同PVGU以及无功补偿装置无功输出对并网点电压的影响，建立图1的等效电路，如图4 所示。
第i组光伏发电单元和无功补偿装置分别通过等效阻抗Ri-POI+jXi-POI、RC-POI+jXC -POI 连接至并网点。
Pi + j Qi、QC，P′i + jQ′i 、Q C′分别为第i 组PVGU 和无功补偿装置所发功率和输送至并网点的功率。
第i 组PVGU 输送至并网点功率可表示为：则第i 组PVGU 无功输出对于并网点电压的影响可表示如下（忽略电阻）：由于并网点额定电压为110 kV，而每个光伏发电单元额定容量为1 MW，且线路阻抗也较小，因此有同理，可得无功补偿装置无功输出对于并网点电压影响：即站内各光伏发电单元以及无功补偿装置无功输出对于并网点电压的影响近似相等。
因此光伏电站并网点电压波动量与站内各无功源无功输出变化量之间的关系可表示为：其中，SVQ 为各无功源对并网点电压的无功电压灵敏度，SVQ= Xg ／U；鄱Q 为站内总的无功输出，包括光伏发电单元和无功补偿装置。
3.2 并网点电压控制在静态稳定的前提下，可认为光伏电站的无功输出变化量与并网点电压幅值波动量之间近似呈线性关系，因此可以采用PI 控制器实现电压幅值的无差控制。
将逆变器和SVG 等效为惯性环节，并忽略通信延时，根据式（8）可得并网点无功电压控制框图，如图 5 所示。
其中，kp、ki 为PI 控制器参数；1／Ts+1）为逆变器和SVG 等效；Qref 为将并网点电压维持在规定范围内所需的无功参考；鄱Q 为逆变器和SVG实际发出无功量；f（P）为扰动量，表示有功输出对并网点电压影响。
该控制框图通过实时检测并网点电压UPOI，与参考点电压Uref 比较通过PI 控制器获取维持并网点电压所需的无功参考量Qref，通过调节逆变器和无功补偿装置的无功输出鄱Q 实现并网点电压的调节。
由图 5 可知，Uref 到Qref 的闭环传递函数为：分子、分母都为2阶，为使得无功参考较快跟随电压变化，可将系统校正为比例环节：此时，电压参考Uref 到并网点电压UPOI 的开环传递函数为：这是一个积分环节，此时系统稳定且具有良好的动态性能。
3.3 站内无功源无功分配3.3.1 分配策略由PI 控制器获取的无功参考Qref 需由光伏电站内部逆变器和无功补偿装置提供。
因此大型光伏电站的无功电压控制必然涉及逆变器与无功补偿装置以及各逆变器的协调控制。
鉴于静止无功发生器SVG 在无功补偿中的动态无功调节能力，这里仅以SVG 代替无功补偿装置进行分析与设计。
由于SVG和逆变器都可以通过调节无功功率参考Qref 实现无功输出，基于此本文提出如图5 所示的分配策略。
该分配策略包括PVGU 和无功补偿装置之间的分配以及各组PVGU 之间的分配。