光伏电站低电压穿越时的无功控制策略.pdf

第４Ｏ卷第１７期２０１２年９月１日电力系统保护与控制ｖ０１．４０ＮＯ．１７Ｓｅｐ．１，２０１２ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ光伏电站低电压穿越时的无功控制策略陈波，朱晓东，朱凌志，赖金朋（１．国网电力科学研究院，江苏南京２１０００３；２．西安理工大学水利水电学院，陕西西安７１００４８）摘要：针对目前光伏电站通常以单位功率因数运行以尽可能多地输出有功功率而基本不输出无功功率，在非满功率运行时造成一定程度视在功率浪费的现状，提出了一种光伏逆变器低电压穿越（ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ，ＬＶＲＴ）时的无功控制策略。分析了光伏逆变器的结构和功率控制方式并计算其无功功率极限，利用光伏逆变器本身的无功输出能力向电网输出无功功率。通过ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ软件对有无采用无功控制裳略时，负荷变化和三相短路故障情况下的各电气量进行比较分析。仿真结果表明，采用该控制策略光伏电站可以在电网故障时不脱网，并发送无功支撑并网点电压，维持局部电网电压稳定。关键词：电力系统；光伏电站；无功控制；电压支撑；低电压穿越ＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｒｅａｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌｉｎｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎＣＨＥＮＢｏ，ＺＨＵＸｉａｏ．ｄｏｎｇ，ＺＨＵＬｉｎｇ．ｚｈｉ，ＬＡＩＪｉｎ．ｐｅｎｇ２—（ｉ．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００３，Ｃｈｉｎａ；２．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＷａｔｅｒＲｅｓｏｕｒｃｅａｎｄＨｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ’’Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＸｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉａｌｌ７１００４８，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｔａｔｕｓｑｕｏｔｈａｔＰＶｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｓｕｓｕａｌｌｙｒｕｎｎｉｎｇｕｎｄｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｕｎｉｔｙｐｏｗｅｒｆａｃｔｏｒｔｏｏｕｔｐｕｔａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒａｓｍｕｃｈａｓｐｏｓｓｉｂｌｅａｎｄｉｔｏｕｔｐｕｔｓａｌｍｏｓｔｎｏｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｗｈｉｃｈｒｅｓｕｌｔｓｉｎａｃｅｒｔａｉｎｅｘｔｅｎｔｗａｓｔｅｏｆａｐｐａｒｅｎｔｐｏｗｅｒｗｈｅｎＰＶ’ｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｉｓｎｏｔｒｕｎｎｉｎｇａｔｆｕｌｌｐｏｗｅｒ，ａｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎｉｎｖｅｒｔｅｒＳＬＶＲｒａｂｉｌｉｔｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＰＶ’ｉｎｖｅｒｔｅｒＳｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅａｒｅａｎａ１）ｚｅｄａｎｄｔｈｅｌｉｍｉｔｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｏｕｔｐｕｔｉｓｃ￣ｃｕｌａｔｅｄ，ｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｓｅｎｄ●ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｏｔｈｅｇｒｉｄｕｓｉｎｇｉｔｓｏｗｎａｂｉｌｉｔｙ．ＴｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｔｈｅＤＩｇＳＩＬＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｃｏｍｐａｒｅａｎｄａｎａｌｙｚｅｅａｃｈｅｌｅｃｔｒｉｃｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｕｎｄｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｌｏａｄｖａｒｉａｔｉｏｎａｎｄｔｈｒｅｅｐｈａｓｅｓｈｏｒｔ－ｃｉｒｃｕｉｔｆａｕｌｔｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔｔｈｅｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｔｒａｔｅｇｙｃａｒｌｍａｋｅＰＶｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｇｒｉｄｗｈｅｎｆａｕｌｔｓｈａｐｐｅｎａｎｄｓｅｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｔｏｓｕｐｐｏｒｔｖｏｌｔａｇｅｏｆＰＣＣ，ｒｅｓｕｌｔｉｎｇｉｎｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｌｏｃａｌｇｒｉｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ；ＰＶｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ：ｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｃｏｎｔｒｏｌ；ｖｏｌｔａｇｅｓｕｐｐｏｒｔ；ＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＲｉｄｅＴｈｒｏｕｇｈ（ＬＶＲＴ）中图分类号：ＴＭ７１５文献标识码：Ａ———文章编号：１６７４３４１５（２０ｔ２）１７０００６０７０引言大力促进包括光伏发电在内的新能源的开发和利用是解决当前面临的能源短缺危机和缓解环保压力的有效措施Ｌｌ弓Ｊ。大型光伏电站以及屋顶并网光伏电站是太阳能利用的重要发展趋势。光伏发电的迅速发展也给电力系统带来了许多新问题，无功电压问题就是最重要的问题之一。光伏发电系统本身光照强度、温度变化等都会引起并网点电压波动。光伏电站对系统电压影响程度的大小取决于电网结构的强度和光伏电站容量的大小【４＿。目前，常采用在光伏电站母线上安装电容器、ＳＶＣ等装置以补偿光伏系统的无功需求【ｏＪ。文献【８］规定大中型光伏电站应该在电网故障期间保持一定时间不脱网，实现低电压穿越以减小对电网的影响。通过对光伏逆变器的解耦控制，可动态调节光伏电站的无功输出能力，从而减少甚至不用常规的无功补偿装置，降低了系统的成本。然而，目前国内外的光伏电站基本上都是以恒定功率因数方式运行（通常为１），最大程度输出有功功率，而忽略了其无功输出的能力。另一方面，当并网点电压跌落时，不附加控制将导致光伏逆变器输出过电流，若强制使逆变器不脱网则会损坏逆变器。因此研究光伏电站的低电压穿越问题【９．ｍ】，在不脱网的同时不损坏逆变器，必须充分利用光伏逆变器的快速无功输出能力参与电网的电压控制，实现低电压穿越并支撑并网点电压。本文从光伏逆变器的结构和控制方法入手，重陈波，等光伏电站低电压穿越时的无功控制策略．７．点研究光伏逆变器的无功输出能力，并通过算例分析了光伏电站的无功电压控制能力，表明其具有良好的效果，能够实现光伏电站的动态无功调节和故障期间的并网点电压支撑作用。１光伏并网逆变器的控制１．１光伏逆变器的功率解耦控制光伏逆变器是光伏电站的核心。三相光伏逆变器控制系统一般采用的是双环控制，即电压外环和电流内环。电压调节器作为外环控制，一方面控制逆变器直流侧输出电压。跟踪电压给定值。另一方面通过ＰＩ调节器得到有功输入电流分量的参考值ｆ和无功电流分量的参考值ｆａｒｅｆｏ电流内环的作用主要是按电压外环输出的电流指令进行电流控制。进一步分析来看，电流内环的ｄｑ模型可描述为［１１－１２】ｓＬ＋ＲＪＬｉｑｊ㈣‰式中：粕、分别为三相逆变器输出电压的ｄ、ｑ分量；ｅｄ、ｅｑ分别为电网电压局。的ｄ、ｑ分量；ｆｄ、ｆａ分别为逆变器输出电流矢量的ｄ、ｑ分量，以流出逆变器方向为正；Ｒ和三为逆变器交流输出侧的电阻和电感；Ｓ为微分算子。采用电网电压定向的ｄｑ分解法，得到电网侧电压分量的表达式为ｊｅｄｇＩｎｆ２）ｌｅｑ０其中，为电网相电压幅值。有功功率和无功功率可以简单表达为ｒＩＰ＝ｆｄＪ（３）ｌＩＯ＝一ｆｑＬ式中，Ｐ、Ｑ的正负分别表示功率的发出与吸收。基于这一模型，通过分别给定ｆｄ和ｉｑ来实现有功和无功的解耦控制。当电流调节器采用ＰＩ调节器时，Ｕｄ、Ｕ。的控制方程为同步旋转坐标系下电压外环和电流内环的控ＳＵＣＨ图１所示。图１同步旋转坐标系下的控制框图Ｆｉｇ．１Ｃｏｎｔｒｏｌｄｉａｇｒａｍｉｎｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ从图１中可知实现了ｄ、ｑ轴变量的解耦【ｌ引，可以分别控制逆变器输出的有功功率和无功功率，为光伏电站的无功电压控制建立基础。１．２光伏逆变器的无功功率极限光伏电站的无功控制效果取决于其无功输出能力，因此研究光伏电站的无功控制策略首先必须分析光伏逆变器的无功功率极限问题。光伏逆变器发出无功功率的能力并不是无限的，而是受多方因素制约的。由于视在功率的限制，若光伏逆变器所发的有功功率多了，则必然引起输出无功功率减少。逆变器等值电路如图２所示。————｝＿＿十州Ｑ／ａ，／０图２并网等值电路Ｆｉｇ．２Ｇｒｉｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ图中：为每台逆变器交流侧输出的电压大小；Ｕｍ为光伏电站接入点电压大小；为每台逆变器交流侧电压与接入点电压的相角差；ｘ沩逆变器交流侧电感；Ｐｆ和Ｑｆ分别为每台逆变器输出的有功功率和无功功率¨。易知功率方程为（．ｆｄ）一砒（４）‘‘ｒ４、争（一ｉｑ）＋砒毗有式（４）中：、分别为电流内环比例调节增益和积分调节增益；ｉｑ、广ｄ分别为小ｆｄ的电流指令值，逆变器以额定有功功率运行时，ｉｄ＝ｉｄ＝ｌｐ．ｕ．，ｉｑ＝ｉｑ＝Ｏ。：ｓｉｎＸｉ：一ＵｍＵｌｉｃ。ｓ一Ｘｉ＋２２：（Ｘｉ）（５）（６）光伏逆变器发送的有功功率与辐射强度、温度以及光伏阵列的容量有关，在０间变化，实际的工作区域如图３中阴影所示。则有．８．电力系统保护与控制Ｑｆ＼／＼，：五一一一一一１／／０户ｆ（堡）＼ｘｉｔ＼、、—～图３有功功率、无功功率极限Ｆｉｇ．３Ｌｉｍｉｔｓｏｆａｃｔｉｖｅａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒ一√ｃ√譬ｃ（８）则每台逆变器的无功极限为（以发出无功为正）Ｑｍａｘ：／（）一一（９）ＶＸｉＸｉｍ一（ＵｍＵｌｉ）２一ｚ一（１０）Ｘｉｆ特别的，在ＰＦＯ时，有一一≤—ＤＵｍＵ—ｌｉ一（１１）ｘＩｘｌ—ｘｉｘｉ则每台逆变器的无功极限为“—ｐｍ：Ｕｍ—Ｕｌｉ一（１２）一ｘｉｘｉｎ：一一（１３）－。ｆ对于具有ｎ台光伏逆变器的光伏电站而言，其总的无功功率极限为∑“Ｑ＝Ｑ（１４）ｌＱｔｏ∑ｍ￣ａｎｌ：（１５）ｆ＿１本文仅考虑光伏逆变器的无功输出能力，即式（９）、式（１２）、式（１４）。逆变器的无功输出能力与逆变器出口电压、接入点电压、交流侧电感及当前的有功输出有关。要输出无功功率，必须大于，且越大，逆变器能够输出的无功功率就越多。受视在功率的限制，若要增加无功功率输出，就必须要减少有功功率的输出。一般来说，逆变器允许短时工作在视在功率的１．１倍，即无功功率极限受有功功率“≤影响，、／（１．１）一Ｐ，为视在功率。当Ｐ＝Ｉ≤≤Ｐ．Ｕ．时，Ｑ０．４６Ｐ－ｕＩ；当Ｐ＝０时，ｐ１．１Ｐ．ｕ．。１．３光伏逆变器低电压穿越控制策略大规模光伏电站的突然脱网将会给电网稳定性带来严重影响。根据国家电网公司《光伏电站接入电网技术规定》，大中型光伏电站在电网发生故障时要有低电压穿越的能力，能为保持电网稳定性提供支撑，如图４所示。电网故障引起的光伏电站必须伏电站可以一ｌ０ＴｌＴ２图４光伏电站低电压穿越的要求’Ｆｉｇ．４ＲｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆＰＶｓｔａｔｉｏｎＬＶＲＴａｂｉｌｉｔｙ当并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，光伏电站必须保证不问断并网运行；并网点电压在右图电压轮廓线以下时，允许光伏电站停止向电网线路送电。一般选择１设定为０．２倍额定电压，设为１Ｓ，Ｔ２设为３Ｓ。制约光伏电站低电压穿越能力的主要是光伏电站出口处的电流，不应过流而导致光伏逆变器跳开，所以既要保持逆变器不脱网，又不能损坏逆变器。由于电压跌落期间逆变器输出的电流主要是有功分量ｆｄ，因此使输出电流不过流（一般不超过额定电流的１．１倍）主要是控制电流内环的有功电流给定值ｉｄ，从而控制ｆｄ不过流。控制策略如图５所示。图５控制策略流程图Ｆｉｇ．５Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ图中，控制器检测并网点电压是否跌落，若电压跌落，则断开电压外环，仅采用电流内环单环控制，在电流内环直接给定输出不过流时的ｆｄ值作为参考值，可用正常运行时ｉｄ＝ｌｐ－ｕ．作为参考值，也可以用小于１ｐ．ｕ．的值作为参考值从而减＇Ｊ￣／ｄ，降低有功功率输出；另一种方法是用逆变器正常运行时的ｉｄ＝ｌｐ．ｕ．作为限制值，通过限幅环节限制住ｉｄ的增２０８６４２０－二０ＯＯ０Ｏ陈波，等光伏电站低电压穿越时的无功控制策略．９．大，从而限制住ｆｄ的增加。若检测到电压没有跌落，￣ｌＪｉ＊ｄ继续取自电压外环计算出的结果。除了限制住有功电流的增大，在电压跌落期间，光伏电站不仅需要保持并网状态，而且应该能够动态发出无功功率，支撑电网电压。在必要时可以降低ｆｄ从而留出足够的容量用以输出无功电流芘。由于ｆａ・，因此光伏电站无功功率极限也受到当前无功电流值ｆ０的制约。２光伏电站无功控制的思想及实现２．１无功控制策略的基本思想光伏电站常通过１ＯｋＶ或３５ｋＶ交流母线接入电网，在电网发生扰动或故障时，并网点电压常有较大幅度的跌落。常规的解决方式是在光伏电站内加装常规无功补偿装置，而却忽略了光伏逆变器本身的无功输出性能，造成了一定程度上的浪费。本文的目的就是为实现光伏电站的本身逆变器的无功输出控制提出一种解决方案。本文将光伏电站的无功电压控制模式分为无功功率整定和无功功率分配。由于单台光伏逆变器的容量相对较小，其无功调节无法对光伏电站和接入点电压带来明显的变化，因此光伏电站的无功调节是多台逆变器的联合调节。通过无功整定，把光伏电站控制点电压的变化情况转化为整个光伏电站的无功输出参考值，再根据一定的原则把总的无功输出参考值分配到电站内各台逆变器中，作为每台逆变器的无功输出参考信号，从而使光伏电站输出一定的无功功率以支撑控制点电压。光伏电站无功电压控制策略如图６所示。图６光伏电站无功控制策略原理图Ｆｉｇ．６ＰｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｖａｔｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆＰＶｓｔａｔｉｏｎ２．２无功控制策略的实现光伏电站的无功控制框架如图７所示。分为电压控制模式和功率因数控制模式。正常运行时，光伏电站运行在功率因数控制模式，向电网输出一定的有功功率和无功功率。在发生电网扰动、故障等情况导致电网电压跌落时，能切换到电ｃｃ无功下限图７光伏电站无功控制框架Ｆｉｇ．７ＦｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒｉｎＰＶｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎ压控制模式，根据电压偏差情况输出无功功率以支撑并网点电压。其中，无功功率整定环节直接决定△电压偏差和光伏电站无功输出参考量）ｒｅｆ之间的关系，是一个ＰＩ调节器。在无功分配层，可以按不同逆变器的无功功率极限（容量／裕度）把总的无功参考量分配到每台逆变器中。．按照无功功率极限分配每台光伏逆变器所需要发出的无功功率为（１６）其中，Ｏ，ｏｆ、和Ｑ分别表示总的无功参考量、每台逆变器的无功功率极限以及光伏电站总的无功功率极限。这种分配方式的优点是能够尽可能地使每台逆变器发出的无功功率在允许范围以内，并充分发挥每台逆变器的无功调节潜力。但有可能造成功率因数越限、无功输出不足等不良结果。３算例仿真３．１算例说明本文使用ＤＩｇＳＩＬＥＮＴＰｏｗｅｒＦａｃｔｏｒｙ１４．０搭建算例系统以验证无功控制策略。该算例系统是一个ｌ０ＭＷ光伏电站所接的区域电网，如图８所示。．竺）００Ｂ３５ＢＩ１０驴气图８算例系统Ｆｉｇ．８Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ光伏电站内部逆变器出口电压为４００Ｖ，经升压变压器升高到３５ｋＶ，然后经过单回架空输电线与３５ｋＶ母线相连，再由１１０ｋＶ变电站升高到１１０ｋＶ后连接至无穷大电网。光伏电站出口处接有５ＭＷ的负荷，负荷功率因数为０．９５。正常运行时，光伏电站工作在单位功率因数模式。下面分析负荷变化和母线三相短路故障情况下的无功电压控制情况。．１０．电力系统保护与控制３．２负荷变化首先假设光伏电站出口处的负荷在０．５Ｓ时功率发生波动，其有功负荷突然增大到原来的２００％，并一直保持该容量。负荷波动前光伏电站满功率运行。电压控制点选为光伏电站的３５ｋＶ母线。假定光伏电站未采用无功控制策略前运行于恒功率因数（功率因数为１）状态。采用电压控制方案前后的电压及功率变化情况如图９所示。邑雪０９６１．Ｏｌ著。０．９９蓄ｏ９８寸０９６采用无功盘制策略：：ｌ／ｊｊ…………盘采肆元控盥噍哞一ｊ一；０，｝０．Ｏ００．４００．８ｏ１２Ｏ１．６０【ｓ】２．Ｏ０…一Ｖｍｅａ３５ｋＶ：３５ｋｖ母线电压＿ｕ＿）（未加入无功控制）——Ｖｍｅａ３５ｋＶ：３５ｋＶ母线电压．Ｕ．）（加入无功控制）采用功控制策略ｌ一／ｉ｝：．一未暮用无功控制鳞略ｉ００Ｏ０４００．８０Ｉ＿２０１．６０［ｓ】２．Ｏ０…～Ｖｍｅａ４００ｋＶ：４００ｋＶ母线电压（ｐ＿ｕ＿）（未加入无功控制）——Ｖｍｅａ４００ｋＶ：４００ｋＶ母线电压（ｐ）咖入无功控制）ｆａ）系统关键节点电压对比．采用无劝控制策略／．一’．、、柬用无功控制盎略０．０００．４００．８０１．２０１６０Ｂｌ２．００…一Ｃｕｂ一３，ＱＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ光伏电站输出有功功率（ｐｕ．）（未加入无功控制）——∽ｃｕｂ＿３／ＰＱＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ光伏电站输出有功功率（ｐＵ．）入无功控制）………………无功崎卜一＿ｒ一。瓦！、－｝！Ｊｎｍ……０一＿｝Ｌ二二……磊一＼未采柏无功控制策砷瞢０．Ｏ００．４００．８０１．２０１．６０【司２．Ｏ０……・Ｃｕｂ光伏电站输出有功功率．．）（未加入无功控制）＿３ｎ￣ＱＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＵ——Ｃｕｂ光伏电站输出有功功率（ｐ）咖入无功控制）＿３／ｒ￣Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ——ＵｄｃＣｏｎｌｒｏｌｅｒ：采用无功控制策略下的无功参考值（ｐＵ．）——ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ：光伏电站无功出力上限Ｑｍａｘ（ｂ）光伏电站输出有功和无功功率对比图９负荷变化时加入无功电压控制前后比较Ｆｉｇ．９Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂｅｆｏｒｅ＆ａｆｔｅｒｖａｔｃｏｎｔｒｏｌ中可见仍有较大的无功功率裕量，表明此时光伏电站有足够的无功输出能力，从而发出所需要的无功功率以支撑控制点电压，由图可见跟踪无功给定的效果较好。图１０为采用无功控制策略期间的电流情况。一—、——一ｆ——“ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌｅｒ：输出电流有功分量，ｐ——ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌｅｒ：输出电流有功参考值ｉｄｄｐｕ…～ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｌｒｏｌｅｒ：输出电流无功分量ｉｏ／ｐＵ…一ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌｅｒ：输出电流无功参考值ｄｐｕ图１０采用无功策略时的光伏电站输出电流Ｆｉｇ．１０ＣｔｌｒｒｅｎｔｏｆＰＶｓｔａｔｉｏｎｉｎｖａｔｃｏｎｔｒｏｌ从电流情况来看，采用无功功率控制策略后，光伏电站输出无功电流，而有功电流得到了限制，几乎没有增大，因此光伏电站输出总电流有一定的提高，从０．５１４ｐ．ｕ．升高到０．５２７Ｐ．ｕ．，在允许的１．１倍额定电流增大范围内。此时光伏电站输出电流的增量基本是无功电流分量。３．３三相短路故障假设所接负荷的母线在０．５Ｓ时三相短路故障，在０．７Ｓ时继电保护动作清除故障。故障发生前光伏电站以额定功率运行，功率因数为１。电压控制点选为光伏电站出口升压变高压侧３５ｋＶ母线。采用电压控制方案前后的电压及功率变化情况如图１１所示。由图９可知，未加入光伏电站的无功控制之前，鼍３５ｋＶ母线控制点电压跌落到０．９７Ｐ．ｕ．；加入了无功控制之后，并网控制点电压得到了一定程度的恢复，从０．９７ｐ．ｕ．上升到约０．９８７Ｐ．ｕ．；４００Ｖ母线从之前的０．９７ｐ－ｕ．上升为０．９９Ｐ－ｕ．，也得到了提升。从有功蠕功率情况来看，由于并网点电压跌落幅度不大，故蓄有功输出的变化也不大。未加入无功控制时，光伏量电站几乎不输出无功功率，而在加入无功控制以后，能够在负荷变化期间跟踪计算出的需要给定的无功参考值，且该参考值在无功功率上限范围以内，图采用无功控策略—未采用无功控制策略ｌ：！竺曼４ｋ０ｖ：３５ｋＶ母线０．８电０压（ｐ且）（未１加．２入０无功控制）１。６０００——Ｖｍｅａ３５ｋＶ：３５ｋＶ母线电压（ｐＵ．）仂口入无功控制）ＩｆｉｉＩ誊用无功控制珲略—Ｌ／Ｊ未采用无功控策略ｂ‘：：！！Ｏ．０００．４００．８０１．２０１．６０【ｓ】２Ｏ０一…Ｖｍｅａ４ＯＯＶ：４００Ｖ母线电压（ｐ从）（未加入无功控制）——Ｖｍｅａ４ＯＯＶ：４００Ｖ母线电压（ｐｕ．）曲口入无功控制）（柚系统关键节点电压对比９４８３７２ＯＯ０彻ｊｄ，媾衄若舞橱米口ｄ，求督怔露媾廿陈波，等光伏电站低电压穿越时的无功控制策略＾ｌ、一；｛一采用无功控制策略术采用无功控制策略ｌ０．０００４０Ｏ．８０１．２０１６０【ｓ］２００……Ｃｕｂ＿３／ＰＱＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ：光伏电站输出无功功率（ｐｕ．）（来加入无功控制）——Ｃｕｂ＿３／ＰＱＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ：）％伏电站输出无功功率【ｐｕ）ＯＪ￣Ａ无功控制）‘ｌ茸功功率ｌ限Ｑ｝ｌ１…一ＩＩ｝ｆＩ＾’’ｉ、耒睬用无功控制辣略；从图１１中可以看出，在发生三相短路故障时，３５ｋＶ母线控制点电压跌落至０．６７Ｐ．Ｕ．，加入无功控制策略以后，在故障期间电压较之前相比可提升至０．７３Ｐ．ｕ．：对于４００Ｖ母线来说，电压从之前的０．６７ｐ．ｕ．提升到０．７４Ｐ－ｕ．，两母线电压均有一定程度的提高。采用无功功率控制策略时，在故障期间能发出无功功率（约０．４Ｐ．Ｕ．）支撑电压，基本跟踪了无功功率参考量，有利于并网点电压的恢复。可以看出，此时受输出电流不越限的限制，无功电流不能太大，因此离无功功率上限（约０．４７Ｐ＿ｕ．）已经很近，说明光伏电站此时已经处于较大的无功输出程度。从有功功率情况来看，仅采用低电压穿越控制而未采用无功控制策略时，并网点电压跌落较大，造成有功功率输出降低至约０．６５Ｐ．Ｕ．，由于限制了有功电流的增大，ｆｄ基本为１Ｐ．ｕ．，因此有功功率的降落程度与并网点电压的跌落程度一致。采用无功控制后，并网点电压得到了一定的恢复，因此有功输出也得到了提高，约为０．７４ｐ．ｕ．。图１２为采用无功控制策略期间的电流情况。采用无功功率控制策略和低电压穿越控制策略时，光伏电站在电网电压跌落时，输出电流仅略微提高，从约１ｐ．ｕ．提高到约１．１５Ｐ．ｕ．，基本在允许的１．１倍额定值范围左右。有功电流基本不变，仍然为１Ｐ．Ｕ．，无功电流增大很多，约０．５Ｐ．ｕ．，可知此时电流增加的部分主要是无功电流。光伏电站对电网通过输出无功电流的方式输出无功功率以支撑并网点电压。通过上述仿真可知，负荷变化和母线三相短路两种情况类似，光伏电站均能够在电压跌落期间实１．２５０黄１１４６堡１．０４０萋０＿９３４ｏ＿８３００．７２４｝……ｌ￡：ｌＩ●……………………ｌ一．ＩＩＩｌｌ¨………………………］『一。。。。—。。。—。。—。。——。—。。——。。。—‘———‘‘—‘‘Ｊ。。。。。。－。－。。。。。。・・・ｌ／｝ｊＩ…………一…………一ＩＩＩ００００．４００．８０１２０１６０【ｓ】２．Ｏ０——ｌ＿Ｍｅａ：光伏电站输出电流（ｐ．Ｕ．）……挈拿一Ｌ¨………………一一００～—………………………。芜动百萎ｊ酒一一一百琉甬芬茸一………………—≯一：………………孵准ｒ一一………………二二二曩＝二一｝哪｝卜——ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌｅｒ：输出电流有功分量ｉｄ／ｐ．Ｕ．——Ｃｕｒｒｅｎｔ＿Ｃｏｎｔｒｏｌｅｒ：输出电流有功参考量ｒｄ／ｐ．Ｕ．一…ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌｅｒ：输出电流无功分量／ｑ／ｐ．Ｕ．……ＣｕｒｒｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌｅｒ：输出电流无功参考量图１２采用无功策略时的光伏电站输出电流Ｆｉｇ．１２ＣｕｌＴｅｎｔｏｆＰＶｓｔａｔｉｏｎｉｎｖａｒｃｏｎｔｒｏｌ现穿越，并整定出无功参考值提供给光伏逆变器发出无功功率。在电压跌落程度较大时，整个光伏电站整定出的无功功率参考值也较大，分配到每台光伏逆变器的无功功率也相应提高，但是光伏逆变器总的无功功率参考量必须要受到约束，这在一定程度上限制了其无功输出能力。另一方面，网侧电压跌落较大时，虽然可以输出较大的无功电流，但是输出的无功功率Ｑ＝ｉｑ．Ｕ却可能更小。因此在电压跌落程度较大时，光伏电站的无功电压支撑情况不如电压跌落程度小的情况。但总的来说，可以利用光伏电站的无功出力特性，对电网扰动或故障期间的控制点电压进行一定程度的支撑，提高光伏电站并网的暂态稳定性。４结论本文通过对光伏电站中无功电压控制策略和低电压穿越控制策略的研究，利用算例在ＤＩｇＳＩＬＥＮＴ平台上仿真验证了系统在负荷变化和母线三相短路情况下光伏电站对局部区域电网电压的支撑作用，表明光伏电站在故障期间不仅具有良好的低电压穿越性能，还可以在电网扰动或故障期间向电网提供无功功率以支撑局部电网电压，从而减少ＳＶＣ等常规无功补偿装置的使用，减少了设备成本费用，具有一定的现实意义。参考文献［１］ＶａｒｍａＲＫ，ＳａｌａｍａＭ，Ｓｅｅｔｈａｐａｔｈｙｅｔａ１．Ｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｏｌａｒｐｏｗｅｒｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｉｎｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｃ】／／ＩＥＥＥＰｏｗｅｒ＆ＥｎｅｒｇｙＳｏｃｉｅｔｙＧｅｎｅｒａｌＭｅｅｔｉｎｇ，２００９．［２］雷一，赵争鸣．大容量光伏发电关键技术与并网影响．１２．电力系统保护与控制—综述［Ｊ］．电力电子，２０１０，３：１６２２．ＬＥＩＹｉ，ＺＨＡＯＺｈｅｎｇ・ｍｉｎｇＯｖｅｒｖｉｅｗｏｆｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅＰＶｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓａｎｄｉｔｓｉｍｐａｃｔ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０１０，３：１６－２２．［３］ＷＡＮＧＬｉ，ＬＩＮＹｉｎｇ－ｈａｏ．Ｒａｎｄｏｍｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｓｏｎｄｙｎａｍｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆａｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙ［Ｃ】／／ＩＥＥＥＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｏｃｉｅｔｙＷｉｎｔｅｒＭｅｅｔｉｎｇ，２００１．［４］张琪祁，徐政．考虑配网电压暂态的大型光伏电站接—入选点仿真研究［Ｊ】．高压电器，２０１０，４６（１２）：５４５８．—ＺＨＡＮＧＱｉｑｉ，ＸＵＺｈｅｎｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎ—ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓｉｔｉｎｇｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅＰＶｐｌａｎｔｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｖｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｈｉ曲ＶｏｌｔａｇｅＡｐｐａｒａｔｕｓ，２０１０，４６（１２）：５４－５８．［５］战杰，董存，张彦，等．Ｍｗ级光伏电站建模及其并网对配电网的影响分析［Ｊ］．山东电力高等专科学校学报，２０１１，１４（１）：１－６．ＺＨＡＮＪｉｅ，ＤＯＮＧＣｕｎ，ＺＨＡＮＧＹａｎ，ｅｔａｔ．ＡｆｆｅｃｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎＭＷ－ｃｌａｓｓＰＶｓｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｉｔｓｇｉｒｄｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｒｅｌａｔｅｄｔｏｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｄｏｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｌｌｅｇｅ，２０１１，１４（１）：１－６．［６］郑志杰，李磊，王葵．大规模光伏并网电站接入系统若干问题的探讨［Ｊ］．电网与清洁能源，２０１０，２６（２）：７４．７６．ＺＨＥＮＧＺｈｉ－ｊｉｅ，ＬＩＬｅｉ，ＷＡＮＧＫｕｉ．ＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓｏｎｓｏｍｅｉｓｓｕｅｓｏｆｌａｒｇｅｓｃａｌｅＰＶｇｒｉｄｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍａｎｄＣｌｅａｎＥｎｅｒｇｙ，２０１０，２６（２）：７４－７６．［７］杨德州，王利平，张军，等．大型分布式电源模型化研究及其并网特性分析．光伏电站专题［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１８）：１０４．１１０．—ＹＡＮＧＤｅｚｈｏｕ，ＷＡＮＧＬｉ－ｐｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｕｎ，ｅｔａ１．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｏｆｔｈｅｌａｒｇｅ－ｓｃａｌｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１８）：１０４－１１０．［８］国家电网公司．光伏电站接入电网技术规范（试行）［Ｓ】．２００９．［９］ＭａｒｉｎｏｐｏｕｌｏｓＡ，ＰａｐａｎｄｒｅａＦ，ＲｅｚａＭ，ｅｔａ１．ＧｒｉｄｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎａｓｐｅｃｔｓｏｆｌａｒｇｅｓｏｌａｒＰＶｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｓ：ＬＶＲＴｃａｐａｂｉｌｉｔｙａｎｄｒｅａｃｔｉｖｅｐｏｗｅｒ／ｖｏｌｔａｇｅｓｕｐｐｏｒｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＴｅｃｈ２０１１ＩＥＥＥＴｒｏｎｄｈｅｉｍ，２０１１（６）：１－８．［１０］ＢｅｎｚＣＨ，ＦｒａｎｋｅＷＬＦｕｃｈｓＦＷＬｏｗｖｏｌｔａｇｅｒｉｄｅｔｈｒｏｕｇｈｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆａ５ｋＷｇｒｉｄ－ｔｉｅｄｓｏｌａｒｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｃ】／／１４ｔｈＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＭｏｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＰＥ／ＰＥＭＣ），２０１０．［１１］李明，易灵芝，彭寒梅，等．光伏并网逆变器的三环控制策略研究［Ｊ］．电力系统保护与控制，２０１０，３８（１９）：—４６５Ｏ．ＬＩＭｉｎｇ，ＹＩＬｉｎｇ－ｚｈｉ，ＰＥＮＧＨａ—ｎｍｅｉ，ｅｔａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈ—ｒｅｅｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１９）：４６．５０．［１２］林少华，许洪华．基于电网电压前馈的光伏并网逆变器的仿真与实现［Ｊ】．可再生能源，２００８，２６（４）：１０・１２．——ＬＩＮＳｈａｏｈｕａ，ＸＵＨｏｎｇｈｕａ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｉｎｖｅｒｔｅｒｏｆｇｒｉｄ・ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎｆｅｅｄｆｏｒｗａｒｄｃｏｎｔｒｏｌｏｆｄｖｏｌｔａｇｅ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｓｏｕｒｃｅｓ，２００８，２６（４）：１０－１２．［１３］姚致清，张茜，刘喜梅．基于ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ的三相光伏并网发电系统仿真研究［Ｊ１．电力系统保护与控制，—２０１０，３８（１７）：７６８１．—ＹＡＯＺｈｉｑｉｎｇ￣ＺＨＡＮＧＸｉ，ＬＩＵＸｉ・ｍｅｉ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｔｈｒｅｅ・－ｐｈａｓｅｇｒｉｄ－－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ，２０１０，３８（１７）：７６－８１．［１４］龙源，李国杰，程林，等．利用光伏发电系统抑制电网功率振荡的研究【Ｊ】．电网技术，２００６，３０（２４）：４４－４９．ＬＯＮＧＹｕａｎ，ＬＩＧｕｏ－ｊｉｅ，ＣＨＥＮＧＬｉｎ，ｅｔａ１．Ａｓｔｕｄｙｏｎｄａｍｐｉｎｇｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００６，３０（２４）：４４．４９．收稿日期：２０１卜１Ｏ一２３；—修回日期：２０１卜１２０９作者简介：陈波（１９８６一），男，硕士研究生，研究方向为大型光伏电站并网相关控制技术；Ｅ．ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｂｏ７１８＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ朱晓东（１９７０－），男，硕士，研究员级高级工程师，硕士生导师，从事风力发电机组控制系统研制、励磁系统控制研究、电力电子在电力系统中的应用等研究；朱凌志（１９７５一），男，博士，高级工程师，从事风力、光伏发电系统接入与控制方法研究。