宁夏回族自治区电力设计院有限公司 宁夏回族自治区银川市 750004
摘要：随着我国经济在迅猛发展，社会在不断进步，人们的生活质量在不断提高，对于电力的需求在不断加大，新能源发电在电力系统中占比逐年增加，无功补偿装置可提高光伏发电输送容量和系统的稳定性，防止电压崩溃。本文深入研究了SVG的工作原理和系统构成，并针对光伏电站无功补偿系统进行了理论分析与计算。
关键词：光伏发电；无功补偿SVG；电压
引言
光伏电站与普通的发电厂不同，有其自身独有的特点，即只有在光照等气候条件满足时，才处于并网发电状态，并且所发有功功率随时间变化而变化，午时左右达到峰值。夜间因电池板无法工作，逆变器自动切除，此时升压变压器由于投切断路器开关次数的限制，仍与电网相连，基本处于空载状态，仅负责站内消耗，电站又相当于一个普通负载。由此看来，对电网来说，光伏电站输送的有功和无功均为时变量，且变化范围较大。由于光伏电站的无功消耗与其运行控制方式有很大关系，对于光伏电站的无功功率与电压控制，一般大中型光伏电站应配置无功补偿系统，调节无功功率，控制并网点电压。为了保证输电质量，减小线路损耗以及满足系统调度要求，本文将对大中型光伏电站无功补偿装置的补偿容量和补偿方式进行探讨。
1概述
随着工业化进程的不断推进以及资源短缺问题日益明显，传统能源已不能满足新形势下的需求，新能源的出现和发展为解决能源短缺问题提供了一条“绿色”通道。光伏发电是新能源发电的重要成员之一。“十三五”以来，随着太阳电池技术的快速进步和成本的不断下降，我国光伏发电市场发展迅速。光伏发电系统由太阳能电池板、汇流箱、直流电压柜、光伏并网逆变器、升压变压器等主要部分构成，其中并网逆变器是将搜集到的直流转换为交流的核心部分，主要由电力电子元件构成，另外，光伏发电受光照时间、光照强度等因素影响较为严重，由此产生的电能质量问题不容忽视。为解决光伏发电系统中无功功率不平衡问题，提出在光伏发电系统中加入静止同步补偿器（StaticSynchronousCompensator，STAT－COM），通过对装置的有效控制提高发电系统的稳定性。针对STATCOM的控制设计有多方面的研究。分析电压外环、电流内环结构的静止无功发生器直接电流控制方法，利用实时数字仿真平台对该控制方法进行仿真验证。给出装置发出纯容性无功功率时电容两端电压过高的原因及其解决的方法，通过MATLAB仿真给出了直接电流法控制下系统发出感性和容性无功时电流和电容两端电压的仿真波形。应用瞬时功率检测理论将采集的功率实时解耦成有功和无功分量，利用功率和开关量的关系对有功和无功分别控制，通过仿真验证了控制的有效性。本文通过研究光伏发电系统无功特点及STATCOM工作原理，根据三角载波直接电流控制方法，搭建Matlab模型进行仿真，验证其控制效果。
2光伏发电SVG无功补偿系统应用
2.1提高功率因数，降低线损，节能降耗
光伏电站安装SVG动态无功补偿装置后，可满足光伏电站升压变压器运行中的无功损耗，避免倒吸系统无功功率，降低系统电压。因此，SVG无功补偿装置具有提高功率因数，降低供电线路的损耗和电压降落的作用。
2.2固定无功损耗容量计算
正常运行时，主变及箱变的空载电流消耗的无功损耗为固定损耗，主变、箱变的对应短路阻抗的负载无功损耗为可变损耗，送出线路的无功损耗也基本可以认为可变无功损耗（随负荷变化），电缆型集电线路的对地电容与电压的平方成正比，且远远大于集电线路的随负荷变化的无功损耗，可认为是固定容性补偿。则单台变压器单元固定无功损耗约为0.35%×100+0.7%×2.5×40-0.4=0.65Mvar，可取固定无功损耗约为0.65Mvar。
基本不变的无功损耗可由FC进行固定补偿，动态随负荷变化的无功补偿负荷由SVG进行动态调整，在有负荷的时候，减少SVG的运行功率，在无负荷的情况下，如调度无相关指令，SVG可不投入运行。
2.3光伏电站无功补偿容量计算
光伏电站无功消耗主要有低压电缆、升压变、高压电缆、架空线路。由于光伏电站占地面积较大，各个发电区域的距离较远，所以站内低压汇集电缆的无功消耗不容忽视。根据Q/GDW617—2011《光伏电站接入电网技术规定》：对于专线接入公用电网的大型光伏电站，其配置的容性无功容量能够补偿光伏电站满发时站内汇集系统、变压器的全部感性无功及光伏电站送出线路中的一半感性无功之和，其配置的感性无功容量能够补偿光伏电站送出线路的一半充电无功功率。总之，光伏电站无功补偿容量由3部分构成：变压器无功损耗、线路无功损耗和线路产生的容性充电功率。
2.4STATCOM直接电流控制策略
STATCOM的控制方法有电流间接控制和直接控制两种。间接电流控制是把STATCOM视为电压源，通过对变流器侧所产生交流电压基波的相位和幅值的控制，来间接控制的交流侧电流。通过调节输出电压和系统电压的相位差δ，或者结合控制脉冲宽度θ对系统进行补偿；直接电流控制是采用跟踪型PWM技术对电流波形的瞬时值进行反馈控制。由于间接电流控制方法相对简单，控制精度不高，响应速度较慢，而直接电流控制方法能够快速响应，且有很高的控制精度，能够达到间接控制实现不了的效果，故本文选择直接电流控制方法。
2.5光伏电站产生的容性无功功率
电缆线路产生的容性充电功率QC1、电站满功率发电情况下一半送出线路产生的容性充电功率0.5QC2之和。应配置的感性无功补偿即光伏电站产生的容性充电总功率：QC=QC1+0.5QC2=-0.544+（-0.01008）=-0.55408Mvar光伏电站配置无功补偿装置，不仅要考虑电站本身的无功消耗，必要时还要参与电网调压，为系统提供无功功率支撑。因此，配置无功补偿容量必须考虑一定的裕度。本项目为专线接入、无集中升压变的大型光伏电站，在开关站35kV母线侧配置1组SVG，SVG装置能分别能以35kV母线无功功率、母线电压、功率因数及无功功率作为控制目标，实现SVG装置额定补偿容量为-5（感性）～+5Mvar（容性）无功连续可调。SVG装置可动态跟踪电网电能质量变化，并根据变化情况动态调节无功输出，动态响应时间不大于30ms。
2.6改善电能质量，延长了电器寿命。
SVG动态无功补偿装置能够快速地补偿光伏电站内的各类变压器和高压电缆消耗的无功，减轻了逆变器本身的无功产生，并能大大改善电网电能质量。
结语
光伏电站在长期的能源战略中具有重要地位，而无功补偿装置在系统中起着重要的作用；深入研究SVG的补偿原理、系统及智能化控制具有十分重要的意义。
参考文献：
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