趙靜婭 余學(xué)海

摘要：為確保分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)各項優(yōu)勢獲得充分發(fā)揮，同時確保分布式電源配電網(wǎng)運行性能獲得更好的提升，應(yīng)對其并網(wǎng)電壓進行有效控制。因此必須進行并網(wǎng)性能優(yōu)化已經(jīng)成為當(dāng)前配電網(wǎng)運行性能改善的關(guān)鍵內(nèi)容。對于配電網(wǎng)而言，當(dāng)線路電阻相比電抗得到的結(jié)果較大時，將引起饋線潮流方向上出現(xiàn)線路電壓減小的結(jié)果。加入光伏逆變器進行并網(wǎng)時，隨著光伏出力的提高將在并網(wǎng)點處發(fā)生電壓增大的現(xiàn)象，隨著光伏出力提高到設(shè)定值后，更易引起并網(wǎng)點電壓超過上限的結(jié)果。本文基于并網(wǎng)光伏逆變器效率影響因素綜合分析展開論述。

關(guān)鍵詞：并網(wǎng)光伏逆變器;效率影響因素;綜合分析

1光伏發(fā)電單元結(jié)構(gòu)

將1臺逆變器控制的所有光伏電池板組成的陣列定義為1個光伏陣列;忽略光伏電池板之間輸出功率的微小差異，將光伏電池板經(jīng)匯流箱匯流后形成的2個同功率輸出陣列定為2個光伏子陣，其中，1個光伏陣列由2個光伏子陣組成。光伏發(fā)電單元中光伏子陣通過控制器連接2臺逆變器。在低光照下，控制器控制全部光伏子陣連接1臺逆變器運行，另一臺逆變器停運;隨著光照增強，控制器控制光伏子陣并分配數(shù)量連接2臺逆變器運行。光伏發(fā)電單元中通常將光伏陣列分為4個光伏子陣連接2臺逆變器較為合理，既可減少開關(guān)數(shù)量又能靈活調(diào)度光伏陣列功率，可使系統(tǒng)控制在最優(yōu)配置運行。

2線路阻抗匹配時控制策略

隨著分布式光伏電源的廣泛應(yīng)用，電網(wǎng)連接模式也發(fā)生了快速改變，需采用不同的連接形式達到并網(wǎng)運行的效果，實現(xiàn)對電網(wǎng)的穩(wěn)定供電過程。為不同發(fā)電單元配備了直流與交流轉(zhuǎn)換器，大電網(wǎng)跟變壓器和交流母線以PCC公共點實現(xiàn)連接的過程。將光伏并網(wǎng)逆變器按照并聯(lián)形式進行連接并實施并網(wǎng)處理，本文按照并聯(lián)的方式連接二個逆變器再探討PQ（U）的電壓功率控制模式。由于在實際運行過程中，一些電網(wǎng)線路會在長期使用后出現(xiàn)老化，由此導(dǎo)致真實線路阻抗與設(shè)定線路阻抗明形成明顯差異，考慮到實際線路的阻抗是未知的，因此本文重點探討了通過本地信號來預(yù)測線路阻抗的過程，同時識別了分布式電源線路的阻抗數(shù)據(jù)，以該線路阻抗為參考計算得到PQ（U）電壓功率。同時根據(jù)控制策略給出的電壓功率控制方式探討了線路阻抗匹配與不匹配兩種情況下對并聯(lián)逆變器實施電壓功率調(diào)控的方式，同時合理的監(jiān)控措施保證所有光伏并網(wǎng)逆變器都具備達到電網(wǎng)電壓偏差要求的并網(wǎng)點電壓參數(shù)。

3案例設(shè)置

在Matlab/Simulink環(huán)境下建立額定功率為250kW的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)模型，電網(wǎng)的額定電壓為120kV。光伏發(fā)電系統(tǒng)附近有1個250kW的負載，并網(wǎng)開關(guān)在開始仿真0.1s后自動斷開，從而形成光伏孤島效應(yīng)的試驗條件，仿真監(jiān)視電網(wǎng)斷開后的電壓、電流和頻率等光伏孤島效應(yīng)產(chǎn)生時的運行狀態(tài)。改變負載參數(shù)可以改變負載與光伏發(fā)電系統(tǒng)的功率匹配情況;分別記錄不同場景下光伏孤島效應(yīng)發(fā)生后2s內(nèi)PCC處的電壓和頻率的變化情況;觀察過/欠壓、過/欠頻是否動作，若動作，則記錄動作時間，若不動作，則記錄波動范圍。針對前文中有功功率、無功功率不匹配的情況，分別仿真光伏發(fā)電系統(tǒng)在三相接地短路、兩相相間短路、兩相接地短路、單相接地短路及電網(wǎng)未發(fā)生故障自主脫網(wǎng)這些情況下孤島效應(yīng)檢測的正確性。此外還要對孤島效應(yīng)檢測方法的正確性進行分析，觀察當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)未脫網(wǎng)時，在三相接地短路、兩相相間短路、兩相接地短路、單相接地短路及負荷擾動下，是否會發(fā)生誤判為孤島的情況。

4電壓控制效果

還需要進行模擬實驗，以確定是否可以使用這些戰(zhàn)略有效實現(xiàn)配電網(wǎng)電壓控制。特別是在IEE33節(jié)點配電網(wǎng)中，從節(jié)點15的位置訪問有效功率為2.5MW的光伏電源。負載為靜態(tài)，使用三相平衡模型，逆變器功率最高2.5MVA，最低功率因數(shù)為0.98，節(jié)點電壓上限為1.05p.u。在并網(wǎng)發(fā)展過程中，24小時照明強度呈正態(tài)分布變化，節(jié)點電壓先上升，然后經(jīng)過下降趨勢，中午11：00 ～ 13：00最高可達1.058p.u。從逆變器輸出功率來看，從11：20開始，逆變器進入無功補償階段，輸出功率達到0.249MVar，將節(jié)點電壓降低到1.05p.u。為了確認其他政策的有效性，請在節(jié)點18位置連接2.5MW，節(jié)點電壓為1.075p.u，連接到新的光伏電源。節(jié)點電壓超標后，逆變器首先進行無功補償。設(shè)備最大功率達到最大值后，功率因數(shù)為0.99，設(shè)備輸出為0.353MVar無功功率，電壓仍然存在超額問題。隨著設(shè)備進入最大功率調(diào)整階段，逆變器的有效功率調(diào)整為2.45MW，輸出無功功率為0.497MVar，節(jié)點電壓超標問題仍未解決，設(shè)備開始減電。在設(shè)備功率減少到2.38MW之前，節(jié)點電壓為1.0515p.u，滿足電壓控制要求?？刂茀?shù)誤差分析的情況下，電阻抗偏差和總線電壓偏差均為1%，但為了準確的電壓控制進行了修改。因此，從仿真結(jié)果可以看出，利用逆變器參數(shù)進行功率和無功輸出調(diào)整，實現(xiàn)了正確控制配電網(wǎng)電壓的目標。

5失效概率分布模型的逆變器

集中式逆變器的累積失效概率函數(shù)曲線和可靠度函數(shù)曲線相互之間相差不大;組串式逆變器的累積失效概率低于集中式逆變器的累積失效概率，而可靠度高于集中式逆變器，且特征壽命遠高于集中式逆變器的特征壽命。1）同品牌的集中式逆變器的失效概率基本一致。2）組串式逆變器的失效概率遠低于集中式逆變器的;組串式逆變器的可靠度高于集中式逆變器的;組串式逆變器的特征壽命遠高于集中式逆變器的特征壽命。大型光伏電站同一型號、同一種類的設(shè)備眾多，以設(shè)備失效概率分布為依據(jù)制定相應(yīng)的設(shè)備檢修策略及備品備件管理策略，可以降低光伏電站的備品備件庫存水平及存貯費用，降低設(shè)備的檢修維護成本，從而提高光伏電站的經(jīng)濟效益。本策略對優(yōu)化光伏電站的設(shè)備檢修管理具有一定的指導(dǎo)意義。

結(jié)束語

集中式光伏電站典型結(jié)構(gòu)主要是由2臺500kW集中式逆變器組成1MW發(fā)電單元，再由多個發(fā)電單元升壓至35kV交流母線匯流后升壓到110kV母線。在發(fā)電單元中匯流箱與逆變器之間加入控制器，實現(xiàn)逆變器之間協(xié)調(diào)控制，提高系統(tǒng)輸出功率以及改善系統(tǒng)波形質(zhì)量。

參考文獻

[1]任明煒，吳函，劉翔宇.光伏并網(wǎng)用新型開關(guān)電感準Z源逆變器的研究[J].電力電子技術(shù)，2020，54（02）：80-84+119.

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