Page 68 - 电力与能源2022年第五期

4 3 0 吴 博, 等: 光伏逆变器参与电网无功电压控制策略
图 1 所示。图 1 描述了分布式光伏接入配电网局
部电压波动的原理, 在低压配电网中, 电压的变化
比较敏感, 分布式光伏的接入, 改变了配电网小范
围的结构, 引起配电网局部电压的偏移问题。尤
其是在初春或秋季晴 天午后光伏发电出力高峰
时, 常常会出现因负荷侧消纳较低造成低压配电
网电压严重偏高的问题, 这给保障电能质量与供
电安全带来了极大挑战。
图 1 分布式系统接入对配电网局部电压的影响
1.2 对电能质量的影响
分布式光伏接入会引起配电网电压波动、 谐
波和闪变等电能质量问题。配电网中, 频繁接通
和断开开关设备容易产生谐波分量。通过专门的
测试分析, 测得由逆变器电力电子元件引起的谐
波。在分布式光伏电源始终访问同一位置的情况
下, 馈线上的总谐波畸变率由分布式光伏的总容
量决定。总容量与一般负荷的比例越高, 同一馈
线上的节点负荷就越大。一些严重畸变的节点的
谐波可能超过谐波电压和电流畸变率的限额
配电网的谐波受分布式电源的接入位置、 容量和
方式等影响, 且分布式光伏电源与系统母线之间
的距离越短, 对系统中谐波分布的影响就越小。
分布式光伏接入点越靠近配电线路始端, 流过配
网主干支路的谐波电流就会越大, 对电能质量的
影响也越为严重。
电压波动产生用电端人为感知被称为闪变,
这是由于系统中光伏逆变器正常切换工作所产生
的。当分布式光伏逆变器出厂测试不达标时, 较
差的电能质量最坏情况下会对附近发电系统、 敏
感用电设备、 信号传输造成破坏和干扰。光伏逆
变器稳态运行时, 通常波形畸变对应的低次谐波
较少, 因逆变器斩波造成的高次谐波较多, 高次谐
波虽然波形畸变较少, 但透过电缆分布电容, 对敏
感电气设备或继电保护造成干扰的概率却很大,
大量的谐波引入系统, 会对配电网中柱上断路器
等智能化设备产生较大潜在安全影响, 另外谐波
也会造成系统线损增加、 零相电流过大等安全隐
患与不利影响 [ 9 ] 。
2 分布式光伏接入后隐患的解决思路
在配电网中, 短路故障、 无功和有功功率冲击
等常常会造成电网电压波动, 引起电能质量下降,
进而影响到配电网中的正常电能使用。光伏并网
发电系统可以广泛分布于电网各处, 包括电网虚
弱的末梢。其并网有功电能的大小决定于光伏阵
列的发电功率, 一般情况下要求并网电流与电网
[ 10 ] ; 同时还要求
电压同相位, 即保证功率因数为1
其在适当情况下向电网发出无功功率, 这样在一
定程度上既可以提升电网电能质量, 也可以提高
光伏系统的利用率: 即要实现有功发电和无功补
偿的统一控制。另外, 光伏逆变器实现无功功率
的输出也有助于低电压穿越测试的通过。
光伏逆变器理论上具备电网无功吸收与释放
能力, 然而这将占用光伏逆变器有功出力空间, 并
使控制趋于复杂 [ 11 ] 。对此问题, 研究基于可控串
联补偿的外置光伏逆变器滤波与无功补偿装置,
通过设置宽频带无功电抗器, 检测末端电压控制
投切, 实现光伏逆变器运行时的无功吸收, 为解决
末端电压高的问题在无需改变光伏逆变器设置的
基础上, 提供有效的途径。电抗器将采用新型复
合合金材料, 实现全频带的频率响应与较低的损
[ 8 ] 。
耗, 从而在吸收无功的同时, 抑制光伏逆变器的高
次谐波干扰问题。
3 逆变器参与的电压控制策略
3.1 光伏逆变器工作原理
将逆变器等效为一个电流源, 并网端的电网
·
, 、
电压为US 大电网的等效电感和电阻分别为 L g
, 逆变器电路如图 2 ( a ) 所示。当并网电感电流
R g
· ·
仅是有功分量时, 则电感电流 I L 与电网电压 U g
同频同相, 并网端点电压与大电网的相量关系如
图 2 ( b ) 所示; 假设逆变器侧视在功率恒定, 当并
网电感电流含有有功和无功分量, 电网向逆变器
输出容性无功时, 并网端点电压与大电网的相量
关系如图 2 ( b ) 所示, 可看出此时逆变器并网端点
的电压有了一定的抬高。
当电网电压出现降落时, 逆变器向系统输出
感性无功, 有助于支撑电网电压; 当电网电压出现