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摘要：作為發電行業的新興電能資源，利用太陽能進行發電的光伏產業備受世人矚目。面對光伏發電系統并網所產生的諧波、電壓波動、閃變、低電壓穿越等電能質量問題，本文結合SVG的特點，介紹了SVG在光伏系統電壓的支撐、諧波抑制、低電壓穿越等功能。通過對SVG在光伏現場的實際運行的系統電流、電壓的檢測數據分析，進一步檢驗理論分析的可行性。

關鍵詞：鏈式SVG, 電壓支撐, 響應時間, 電壓跌落

Power Quality Management In Photovoltaic Power System

Ji Shibin, Yin Ze

(JiangSu Largreen New Energy Technology Co., Ltd.Nanjing,210019)

Abstract：As new energy resources in the power industry , PV system that used of solar power generation has attracted worldwide attention.To solve the problem of the power quality of PV system, such as the harmonic, voltage fluctuation, flicker and low voltage ride through etc,this paper introduction the voltage support,harmonic suppression and low voltage ride through of SVG in PV system.In the last paper, the theoretical  is proved by the analysis of the detection of current and voltage of the SVG in the actual PV system.  

Keywords: cascaded SVG;voltage support;response time;voltage sag

1 引言

《可再生能源法》正式頒布實施，標志著我國針對新能源和可再生能源領域的可持續能源戰略的開發利用已全面展開，其中太陽能、風能作為新能源的主要種類越發得到重視和開發利用。據HIS太陽能研究團隊預測，2015年中國分布式光伏(DPV)安裝容量達4.7吉瓦，較2014年增長約20%。隨著大規模分布式光伏系統的接入，光伏系統對電網穩定性的影響越來越大。例如天氣以及光照強度的不確定性而引起并網點電壓的波動；電網發生故障時，光伏機組可能會因為電壓跌落過低而脫網，嚴重時可能會導致整個系統崩潰。

為了提高光伏系統運行的穩定性，分布式光伏在進行項目組建時需要加裝無功補償裝置，對系統中并網點的電壓進行控制。高壓靜止無功發生裝置(SVG)本著響應時間快、補償精度高、調節范圍寬、損耗小等優點越來越多在光伏系統中得到應用.本文對SVG在光伏系統的應用進行了研究，并模擬了系統電壓跌落等故障，實測了故障后SVG對穩定電網電壓的效果,分別對響應時間和電網電壓波動進行了測試。通過測試結果驗證了SVG能夠在系統故障時提供較快的電壓支撐，提高整個系統運行的穩定性。

2 光伏行業的應用現狀與存在問題

光伏發電系統并網所產生的電能質量問題主要包括諧波、電壓波動、閃變等，其容易影響有功及無功潮流、頻率控制等特性。

由于受光照角度、環境溫度、光伏板安裝位置、云量等因素影響，光伏電站的輸出功率會有所變化，最大變化率甚至超過額定量的10%，因此產生了發電量的不穩定問題，對饋入電網的諧波產生影響。

圖1：光伏系統輸出有功功率變化曲線

光伏電站的并網需要應用到逆變器，該產品的控制技術與光伏發電并入電網的品質也密切相關。逆變器輸出在輕載時，諧波會明顯變大，在10%額定出力以下時，電流的總諧波畸變率會達到20%以上。

圖2：光伏發電系統諧波電流THD

光伏發電功率隨日照強度變化對電網負荷特性產生影響，它的接入改變了電網潮流方向，將對現有電網的規劃、調度運行方式產生應用。大量光伏發電系統的接入電網終端，將加劇電壓波動，引起系統的不穩定性運行^[6]。

3  光伏行業電能質量問題的解決案例

面對光伏發電系統并網所產生的諧波、電壓波動、閃變、低電壓穿越等電能質量問題，SVG以動態響應時間快、無功連續可調以及無功調節范圍寬等優點得到越來越廣泛的應用。目前光伏項目現場在選擇SVG時可以由35kV直掛式和由降壓變與10kV串聯連接與35kV母線側。

根據控制策略的不同，SVG的運行方式可以分為恒電流，恒電壓，負荷跟蹤，恒功率因數等。在恒電流運行方式下，SVG根據設定的電流大小來保持并網點無功功率的恒定；在負荷跟蹤運行方式下，SVG通過實時監測系統側或者負載側的無功電流，通過閉環控制來實時補償，可以根據功率因數的設定值來將功率因數控制在設定范圍內；恒電壓的運行方式為SVG跟蹤目標電壓，對采集的電壓與目標電壓進行PI控制，保證并網點電壓的恒定^[1,7]。

3.1光伏系統并網結構圖

圖3：SVG光伏現場連接示意圖

3.2電壓支撐理論分析

設SVG的無功補償容量為Q，帶負載未連接補償器時連接點的正常工作電壓為，系統短路容量為，系統阻抗為Xs。

3.3案例概述

依據傳統無功補償容量的算法，一般光伏電站需配置的無功補償容量約為光伏系統發電容量的10%左右。針對新疆庫爾勒尉犁縣某20Mvar光伏發電系統，提出了35kV直掛式SVG和經由降壓變與10kV SVG結合兩種方案給項目部選擇，最終選用后種方案。產品中部分元件參數：SVG降壓變壓器S11-2000/35/10，變壓器短路阻抗10%，裝置為±2Mvar，系統最小短路容量64MVA。

根據方案中的數據分析出

3.3.1數據分析

 手動檢測電壓支撐情況，SVG未投入運行時，光伏發電系統并網點電壓偏高，達到37.01kV。將SVG設定在恒電流運行模式，通過手動輸入感性電流由-10A~-115A額定，觀察SVG投入后的并網點電壓波形。SVG運行-115A時，并網點電壓為36.37kV,與未投入時電壓相比降低0.64kV，和理論分析的數據（0.63kV）一致。見圖4

圖4：恒電流模式SVG運行電流-并網點電壓數據

  根據手動運行的情況，針對光伏發電系統的母線電壓的情況以及參考裂解保護值設定，將SVG設定在恒電壓運行模式，并網點目標控制電壓為36.4kV(客戶可以并網點電壓修改目標控制電壓值)，運行SVG，觀察SVG運行數據及并網點電壓，見圖5

圖5：恒電壓模式SVG運行電流-并網點電壓數據 

3.3.2 響應時間測試波形

裝置動態無功響應時間主要是并網點電壓異常升高或者降低，無功裝置通過目標電壓值與采樣電壓值換算后輸出的無功電流值90%所需要的時間。裝置在做測試時可以通過手動設定目標電壓值或者在電壓采樣回路中串入電阻來模擬電壓跌落進行響應時間的測試。

圖6為產品現場電壓支撐時的響應時間測試，約為22.19ms，滿足光伏發電站對無功補償裝置30ms的要求^[5]。

                       圖6：SVG恒電壓下響應時間測試

3.3.3諧波電流測量

將電能質量分析儀掛在系統測量回路側，采集SVG投入、切除時系統電流數據，將采樣的數據綜合分析比對，可以看出SVG 在諧波上面有良好的補償效果。

表1：SVG諧波補償數據分析

 4 結論

本文主要介紹了光伏發電行業電能質量現狀及存在的問題，針對光伏電能問題提出可行性解決方案。從應用案例中可以看出，通過恒電流模式手動給定無功電流，SVG在光伏電網中能起到一定的電壓支撐作用。在恒電壓模式下，通過PID控制算法使SVG輸出控制目標電壓值,并在試驗過程中采用電量記錄儀和電能質量分析儀對響應時間、系統電流進行了測試。試驗結果可見，SVG具有動態響應快，無功輸出可調節范圍寬等優點，并能對系統中的諧波有很好的抑制，從而能提高整個光伏系統運行的穩定性。

參考文獻

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[7]拜潤卿,秦睿;智勇.風電基地動態無功補償裝置參數實測與分析[J].中國電力.2012

[8]GBT14549-93 電能質量 公用電網諧波 

作者簡介：

季石斌（1983—），男，本科，研發工程師，主要研究方向電力電子控制系統設計，電能質量優化治理；

Email：sellcat@163.com

尹澤（1989—），男，本科，投資開發部，主要方向為新能源電站、電動汽車、BIPV等項目的投資建設；

季石斌

南京市建鄴區廬山路188號新地中心一期2801

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