董開松，李洪濤，李臻，楊俊，吳蓓蓓，張雙慶

（1.甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州 730050；2.中國電力科學(xué)研究院，江蘇南京 210042）

光伏電站的有功控制能力和無功電壓調(diào)節(jié)能力是光伏電站可調(diào)度性的重要體現(xiàn)，國標(biāo)GB/T 19964—2012《光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》[1]和《國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）》[2]中都對光伏電站的有功控制能力和無功調(diào)節(jié)能力做出了規(guī)定。

兩個標(biāo)準(zhǔn)中對光伏電站有功控制能力的要求都包括有功功率調(diào)節(jié)能力和正常運行時的功率變化率控制能力兩個方面，前者要求光伏電站能夠根據(jù)調(diào)度指令調(diào)整有功出力，后者要求光伏電站在正常運行時的功率變化率低于規(guī)定數(shù)值。

對于無功控制能力，兩個標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定有所不同，但是都涉及到光伏電站的功率因數(shù)調(diào)節(jié)和并網(wǎng)點電壓調(diào)節(jié)兩方面。無功調(diào)節(jié)時，涉及的電站設(shè)備都包括電站的光伏并網(wǎng)逆變器和無功補償裝置。

為了保證光伏電站具備滿足電網(wǎng)調(diào)度要求的有功功率和無功功率控制能力，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定并網(wǎng)光伏電站應(yīng)按照國家或有關(guān)行業(yè)對光伏電站并網(wǎng)運行制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)定進(jìn)行有功和無功功率控制能力測試。

為了探索和驗證現(xiàn)場實測并網(wǎng)光伏電站的有功和無功功率控制能力的方法，檢測光伏電站功率控制系統(tǒng)的性能，甘肅省電力公司電力科學(xué)研究院會同中國電力科學(xué)研究院于2013年8月21日在國內(nèi)（敦煌某2×9 MW光伏電站）首次開展了并網(wǎng)光伏電站有功/無功控制系統(tǒng)控制能力現(xiàn)場測試的工作[3-6]。

1 被測光伏電站基本情況

該2×9 MW光伏電站位于甘肅省敦煌，電站所在地年太陽總輻射量為6882.57 MJ/m2，裝機(jī)容量為18 MW，由18個1 MW單晶硅方陣組成。并由36臺逆變器將直流電逆變成交流270 V（400 V）電壓后經(jīng)箱變升至35 kV，由電纜匯集至35 kV母線，通過一回35 kV送出線路送至敦煌110 kV鳴山變。

2 測試情況簡介

本次測試目的為驗證光伏電站的有功/無功控制能力是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的指標(biāo)，檢驗光伏電站能否接收并自動執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)所下達(dá)的有功/無功功率及其變化的控制指令，是否具備有功/無功功率連續(xù)平滑調(diào)節(jié)的能力，并能夠參與系統(tǒng)有功功率控制[7]。

本次試驗的測試點選擇在光伏發(fā)電站并網(wǎng)點處，測試時要求輻照度應(yīng)保持在400 W/m2以上，測試的接線如圖1所示，具體內(nèi)容及步驟如下所述。

圖1 檢測示意圖Fig.1 of detection

2.1 有功功率變化測試

1）自動啟停機(jī)測試。測試時電站所有逆變器并網(wǎng)運行，在不外加人工控制的條件下，使電站出力隨輻照度變化，數(shù)據(jù)采集裝置在并網(wǎng)點處采樣光伏電站自動啟停機(jī)時的電壓、電流、有功功率等數(shù)據(jù)。

2）人工啟停機(jī)測試。測試時電站所有逆變器并網(wǎng)運行，通過功率控制系統(tǒng)發(fā)出電站停機(jī)指令，采樣停止發(fā)電前至少10 min內(nèi)并網(wǎng)點的電壓、電流以及有功功率數(shù)據(jù)。通過功率控制系統(tǒng)發(fā)出電站啟動指令，采樣啟動后至少10 min內(nèi)并網(wǎng)點的電壓、電流以及有功功率數(shù)據(jù)。

2.2 有功功率控制能力測試

測試時電站所有逆變器或規(guī)定數(shù)量的逆變器應(yīng)并網(wǎng)運行，不限制光伏發(fā)電站的有功功率變化速度。記錄當(dāng)前光伏電站發(fā)出的有功功率為P0（P0至少為被測光伏發(fā)電站所配逆變器總額定功率的70%），通過控制系統(tǒng)連續(xù)設(shè)置光伏電站的有功功率輸出為80%P0、60%P0、40%P0、20%P0、100%P0，每個測試點功率穩(wěn)定后持續(xù)2 min。連續(xù)測量并記錄整個檢測過程的電壓、電流以及有功功率數(shù)據(jù)。

按照圖2的設(shè)定曲線控制光伏發(fā)電站有功功率，在光伏發(fā)電站并網(wǎng)點測量有功功率，以每0.2 s有功功率平均值為一點，記錄實測曲線。

圖2 有功功率控制曲線Fig.2 The active power control curve

2.3 無功功率輸出能力測試

測試時記錄電站當(dāng)前輸出有功功率為P0，不限制光伏發(fā)電站的無功功率變化速度；確保集中無功補償裝置處于正常運行狀態(tài)。設(shè)置光伏發(fā)電站的無功功率分別為感性無功功率階躍允許值和容性無功功率階躍允許值的10%～100%（每10%一個測試點），同時監(jiān)測光伏電站并網(wǎng)點的電壓變化不超過額定電壓的10%，記錄達(dá)到電壓邊界值的無功功率。每個測試點功率穩(wěn)定后持續(xù)2 min。在光伏發(fā)電站并網(wǎng)點連續(xù)測量并記錄整個檢測過程的電壓、電流以及無功功率數(shù)據(jù)。

設(shè)置光伏電站有功功率為90%P0到10%P0，重復(fù)以上步驟。

2.4 無功功率控制能力測試

測試時電站輸出有功功率穩(wěn)定至50%P0運行；不限制光伏發(fā)電站的無功功率變化速度；確保集中無功補償裝置處于正常運行狀態(tài)。

無功功率控制曲線見圖3。分別設(shè)置感性無功功率和容性無功功率為光伏電站并網(wǎng)點的無功功率（并網(wǎng)點的電壓變化不超過額定電壓的10%），每個測試點功率穩(wěn)定后持續(xù)2 min。在光伏發(fā)電站并網(wǎng)點連續(xù)測量并記錄整個檢測過程的電壓、電流以及無功功率數(shù)據(jù)。按照功率控制系統(tǒng)的控制方式（控制逆變器或者SVC），重復(fù)以上試驗。

3 測試結(jié)果分析

3.1 有功控制能力測試結(jié)果

該2×9 MW光伏電站配置的有功/無功控制系統(tǒng)是由北京某科技有限公司制造的光伏電站功率控制子站。該系統(tǒng)可接收調(diào)度指令或本地指令，根據(jù)電站運行狀況，決定控制策略并將控制測試下發(fā)至電站綜自系統(tǒng)，由綜自系統(tǒng)調(diào)整逆變器運行參數(shù)，實現(xiàn)電站有功和無功出力的調(diào)整。

圖3 無功功率控制曲線Fig.3 Reactive power control curve

由于被測電站尚未安裝調(diào)度部門的有功控制系統(tǒng)子站，無法接收調(diào)度遠(yuǎn)方下發(fā)的出力指令，因此測試中在本地下達(dá)和采集電站有功功率調(diào)整指令，通過測試電站的有功調(diào)節(jié)能力和有功功率變化率，驗證電站自身的功率調(diào)節(jié)能力是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

實測的有功功率設(shè)定值控制能力變化曲線如圖4所示。測試過程中，輻照度均在800 W/m2以上。根據(jù)當(dāng)時光伏電站有功出力，設(shè)定P0=12 MW，測試了12 MW、9.6 MW、7.2 MW、4.8 MW、2.4 MW、12 MW等多個點的有功控制能力。對應(yīng)每個控制點，有功控制系統(tǒng)的實際控制值為12.3 MW、9.4 MW、7.1 MW、4.6 MW、2.2 MW、11.6 MW，調(diào)整時間分別為：32 s、41.6 s、38.6 s、42.3 s、51.6 s。對各個負(fù)荷點波動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后得出，各個點的有功功率設(shè)定值控制能力可滿足要求；且響應(yīng)時間≤120 s，滿足要求。

圖4 有功功率控制能力曲線Fig.4 Active power control capability curve

由于被測光伏電站無法通過有功控制系統(tǒng)對全站進(jìn)行啟停操作（目前僅能通過人工逐臺操作），因此無法進(jìn)行全站啟停測試；測試中采取了對單個光伏逆變器的啟停時間進(jìn)行測試的方法，測試結(jié)果顯示：各逆變器均以超過10%裝機(jī)容量/min的啟停速率運行，變化速率過快，不能滿足功率變化率的要求。

3.2 無功控制能力測試

由于電站原有綜自系統(tǒng)不支持無功調(diào)節(jié)，且電站SVG無法通過綜自系統(tǒng)控制，因此雖然功率控制系統(tǒng)含有無功調(diào)節(jié)模塊，但無法實現(xiàn)控制全站或部分無功資源的能力。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

1）該電站能夠根據(jù)功率調(diào)節(jié)指令調(diào)節(jié)有功出力，響應(yīng)速率在120 s內(nèi)（由于國標(biāo)和企標(biāo)對光伏電站響應(yīng)調(diào)度指令的時間沒有規(guī)定，此處120 s為參考《風(fēng)電場功率調(diào)節(jié)能力和電能質(zhì)量測試規(guī)程》[8]（Q/GDW630—2011）中的相關(guān)要求）。

2）電站無法通過有功/無功控制系統(tǒng)實現(xiàn)整個光伏電站的啟動和停機(jī)，且單臺逆變器啟停速率超出10%裝機(jī)容量/min。

3）在目前條件下，通過綜自裝置啟停光伏電站時，光伏電站的有功功率變化率超標(biāo)。

4）在目前條件下，光伏電站無功控制系統(tǒng)不具備無功調(diào)節(jié)能力[9]。

4.2 建議

1）光伏電站必須通過站內(nèi)無功控制裝置啟停整個電站，保證電網(wǎng)調(diào)度部門可以直接控制電站，實現(xiàn)啟動并網(wǎng)和停機(jī)切出電網(wǎng)；

2）建議在制訂無功控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)規(guī)范時，將光伏電站內(nèi)并網(wǎng)逆變器和無功補償裝置的無功調(diào)節(jié)能力統(tǒng)一由無功控制裝置控制，實現(xiàn)全站無功調(diào)節(jié)能力的統(tǒng)一控制；

3）應(yīng)在有功/無功控制系統(tǒng)與調(diào)度功率分配系統(tǒng)實現(xiàn)通訊連接后，再進(jìn)行有功/無功控制系統(tǒng)控制能力現(xiàn)場實測。

[1]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會．GB/T 19964—2012.光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012．

[2]國網(wǎng)電科院，中國電科院.國家電網(wǎng)公司光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定（試行）[S].2009.

[3] 車木佳，馮毅.太陽能最大功率跟蹤裝置的設(shè)計[J].節(jié)能技術(shù)，2011，29（6）：552-559.CHE Mu-jia，F(xiàn)ENG Yi.Design of a new type of solar MPPT system[J].Energy Conservation Technology，2011，29（6）：552-559（in Chinese）.

[4] 畢二朋，胡明輔，袁江.光伏系統(tǒng)設(shè)計中太陽輻射強(qiáng)度影響的分析[J].節(jié)能技術(shù)，2012，30（1）：45-51.BI Er-peng，HU Ming-fu，YUAN Jiang.Influence of solar radiation intensity in the design of PV system[J].Energy Conservation Technology，2012，30（1）：45-51（in Chinese）.

[5] 王晨光，龔光彩，蘇歡.分布式光伏發(fā)電與冷熱源耦合系統(tǒng)探討[J].節(jié)能技術(shù)，2012，30（2）:145-150.WANG Chen-guang，GONG Guang-cai，SU Huan.A coupled system of distributed PV and cold&heat sources[J].Energy Conservation Technology，2012，30（2）:145-150（in Chinese）.

[6] 高勝利，馮文秀，申強(qiáng)，等.風(fēng)光互補逆變器控制方法的研究與仿真[J].節(jié)能技術(shù)，2012，30（5）：405-410.GAO Sheng-li，F(xiàn)ENG Wen-xiu，SHEN Qiang，et al.The research and simulation of wind and solar inverter control method[J].Energy Conservation Technology，2012，30（5）：405-410（in Chinese）.

[7] 同威，楊俊．光伏電站有功/無功控制現(xiàn)場實測填補國內(nèi)空白[EB/OL]．光伏太陽能網(wǎng)[2013-8].

[8] 國家電網(wǎng)公司．Q/GDW630—2011.風(fēng)電場功率調(diào)節(jié)能力和電能質(zhì)量測試規(guī)程[S].2011．

[9]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會．GB/T29321—2012.光伏發(fā)電站無功補償技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012．