通訊作者：初紹瑞，1981年9月，男，蒙古族，遼寧朝陽人，現(xiàn)任安徽合肥陽光智維科技有限公司中級(jí)工程師，本科。研究方向：火力發(fā)電、垃圾發(fā)電、光伏發(fā)電廠的建設(shè)、調(diào)試。

摘 要：光伏發(fā)電有著以晝夜為周期的變化特點(diǎn)，所以對(duì)整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)而言其會(huì)帶來沖擊性與多變性負(fù)載，容易引發(fā)電壓波動(dòng)，這類問題的產(chǎn)生必然會(huì)影響到整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，為此將無功補(bǔ)償設(shè)備融于其中就顯得尤為關(guān)鍵。本文就對(duì)無功補(bǔ)償控制在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的有效運(yùn)用措施進(jìn)行研究，希望對(duì)相關(guān)工作者有所幫助。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng);無功補(bǔ)償控制;電網(wǎng)

一、引言

新能源的出現(xiàn)為人類社會(huì)的發(fā)展提供了無限可能，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能不僅轉(zhuǎn)換效率高，也不會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成負(fù)面影響，也正因如此光伏發(fā)電技術(shù)被廣泛運(yùn)用開來，其涉及領(lǐng)域越來越廣，特別是在一些日照充足的地區(qū)更為普遍。光伏發(fā)電的原理是通過光伏效應(yīng)來發(fā)電，半導(dǎo)體器件收集“陽光”后被賦予輸出電壓的功能，為在迎合光伏發(fā)電特性的同時(shí)保障電壓輸出平穩(wěn)，就需要在系統(tǒng)中加入無功補(bǔ)償控制措施，為此我們首先就需要搞懂無功補(bǔ)償設(shè)備的基本運(yùn)行原理，借助SVG設(shè)備以保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高發(fā)電效率。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)輸電研究

其實(shí)光伏發(fā)電是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的過程，遵守能量守恒定律，但相對(duì)于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)換效果來說，有著資源消耗少、轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由從光伏組件、逆變控制器等部件構(gòu)成，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，光伏組件有著突出作用，是無可置疑的核心部件，該部件主要是由多晶硅薄膜與單晶硅組成，單晶硅片和二極管有著異曲同工之妙，兩者的工作原理也高度相似，其都是通過電子單向流動(dòng)所成電流來達(dá)到發(fā)電效果。為此，光伏發(fā)電的條件相對(duì)簡單，只需要熱輻射與通過光即可完成[1]。

三、光伏發(fā)電無功功率研究

光伏發(fā)電系統(tǒng)的交流電路中存在電容與電感兩種元素，運(yùn)行過程中經(jīng)流兩端的電流與電壓之間會(huì)產(chǎn)生90°的相位差，因此會(huì)出現(xiàn)無功功率，它不產(chǎn)生有功，也不消耗有功，但可以幫助建立電磁能量轉(zhuǎn)換，而這部分的能量雖然不會(huì)被消耗，但其也參與了電源與負(fù)載之間的能量轉(zhuǎn)換。無功功率并不是說該功率沒有實(shí)際用途，事實(shí)卻正好相反，其是組成電動(dòng)機(jī)、變壓器旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的關(guān)鍵條件，若沒有無功功率不僅變壓器不能隨意的轉(zhuǎn)換電壓、電動(dòng)機(jī)也無法轉(zhuǎn)動(dòng)。無功功率又能劃分為容性無功功率與感性無功功率，容性無功功率是指在純?nèi)菪载?fù)荷電路中，電壓落后于電流90°相位差;感性無功功率是指在純感性負(fù)荷電路中，電壓超前于電流90°相位差。

在光伏發(fā)電系統(tǒng)中我們又可以按照作用位置的不同將無功功率分成兩大類型。

（一）變壓器無功

指變壓器在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生無功功率，通常情況下其容性無功功率較小，而感性無功功率能隨著負(fù)荷電流的增加而提升，這也是光伏發(fā)電白晝期間內(nèi)無功功率變化較大的直接成因。

（二）線路無功

指電纜線路、架空線路在運(yùn)行過程中所產(chǎn)生的無功功率，通常情況下電纜線路中的容性無功功率較大、在運(yùn)行的過程中狀態(tài)穩(wěn)定、功率變化不大，感性無功與其相比要小得多;架空線路與電纜線路相反，其中的容性無功較小，但運(yùn)行過程中也始終保持穩(wěn)定狀態(tài)、功率變化不大，而相比之下感性無功則會(huì)受到負(fù)荷電流影響，變化不穩(wěn)定。

四、光伏發(fā)電無功補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢研究

為了保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，就需要采取有效措施對(duì)配電網(wǎng)中的各項(xiàng)設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，而提高無功補(bǔ)償質(zhì)量，則能通過負(fù)荷的增加，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)內(nèi)部電壓的穩(wěn)定性，起到降低變電設(shè)備投資建設(shè)與運(yùn)營維護(hù)成本的功效。

（一）SVC裝置的優(yōu)勢

SVC裝置的有效運(yùn)用能夠進(jìn)一步降低電路上的工作電壓，有效避免因輸出功率異變所引發(fā)的工作電壓不正常起伏，保障電力網(wǎng)的靜態(tài)可靠性。當(dāng)然在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，其能為輸配電線路的正常工作奠定基礎(chǔ)，提升電力網(wǎng)暫態(tài)過程穩(wěn)定性。

（二）SVG無功補(bǔ)償系統(tǒng)的優(yōu)勢研究

該系統(tǒng)有著良好的調(diào)節(jié)的功能，可按照實(shí)際需求的變化迅速做出調(diào)整來實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償。在光伏電站滿載發(fā)電時(shí)能進(jìn)行容性無功補(bǔ)償;在不發(fā)電的情況下能進(jìn)行感性無功補(bǔ)償，如果系統(tǒng)中的補(bǔ)償電容充足，通過SVG補(bǔ)償裝置能始終將電網(wǎng)系統(tǒng)的功率因素控制在1.0左右。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中容易遇到諧波問題，在擁有非線性負(fù)荷的設(shè)備中時(shí)有發(fā)生，可以說其已經(jīng)成為一種屬于非線性負(fù)荷的特有屬性。在光伏電站中，逆變器作為重要的組成元件，其本身就帶有非線性負(fù)荷，所以在實(shí)際運(yùn)營中很容易產(chǎn)生諧波，而SVG能從一定程度上有效抑制諧波大小，若擁有足夠的補(bǔ)償容量還能與諧波相互抵消，將諧波的產(chǎn)生量降低在國家允許的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。SVG除了擁有的良好的補(bǔ)償能力與諧波抑制性之外，反應(yīng)速度快也是其一大優(yōu)勢，具有關(guān)數(shù)據(jù)表明，相比于之前的動(dòng)態(tài)的補(bǔ)償裝置而言，SVG抑制電壓善變的能力要高出四到五倍，實(shí)際效果明顯，可以說是目前無功補(bǔ)償設(shè)備響應(yīng)速度上最拔尖的存在，自動(dòng)投切裝置雖然僅需短短就可快速響應(yīng)，但SVG只需10 ms。

SVG無功補(bǔ)償最突出的優(yōu)勢就是其極強(qiáng)的穩(wěn)定性與安全性，在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中它根本不受系統(tǒng)參數(shù)影響，且其短時(shí)電流過載力強(qiáng)，只要在額定電流的百分之二十五之下的都可能過載。SVG中的IGBT元件是可斷開元器件的一種，且獨(dú)立運(yùn)行，這樣的設(shè)計(jì)與設(shè)置方式不僅能有效控制諧振問題的產(chǎn)生，同時(shí)在某一元件出現(xiàn)問題后也不會(huì)影響到系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，以此保障與提升SVG整體的可靠與安全性[2]。

五、光伏發(fā)電系統(tǒng)中無功補(bǔ)償控制的有效措施研究

（一）SVC裝置的運(yùn)用

SVC其實(shí)就是用可控硅閥去控制可調(diào)電抗器，其與電容器并聯(lián)后能組建成為吸取或供給系統(tǒng)無功功率的裝置。在實(shí)際運(yùn)用中，我們可以將SVC當(dāng)成一個(gè)動(dòng)態(tài)無功源，其能根據(jù)電網(wǎng)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)變化，既能吸收多出的感性無功，也能提供容性無功。抗電器作為SVC的核心組成部分，其能吸收多出的容性無功，其是在可控硅閥的控制下進(jìn)行調(diào)整，保障電網(wǎng)中SVC接入點(diǎn)無功量正好能起到穩(wěn)定該點(diǎn)電壓的作用，從而達(dá)到無功補(bǔ)償效果。在隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，輸配電系統(tǒng)與變壓器也融入其中，雖然對(duì)發(fā)電規(guī)模擴(kuò)大與效率提升有所幫助，但也容易出現(xiàn)電壓不穩(wěn)的情況，而SVC的有效運(yùn)用不僅能在電網(wǎng)故障以動(dòng)態(tài)的方式支撐電壓，也能大大降低并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)脫網(wǎng)幾率，可謂一舉多得[3]。

（二）SVG裝置的運(yùn)用

SVG與SVC就相差一個(gè)字母，但卻有著“千差萬別”，SVG是一種較為先進(jìn)的靜止無功補(bǔ)償裝置，其是在電子電力技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生并運(yùn)用開來的一種技術(shù)，不僅突破了傳統(tǒng)無功補(bǔ)償技術(shù)的限制，更推動(dòng)無功補(bǔ)償裝技術(shù)的發(fā)展。SVG主要是由控制運(yùn)算、裝置檢測、補(bǔ)償輸出三大基礎(chǔ)模塊組成，其就是借助控制運(yùn)算模塊的優(yōu)勢功能對(duì)所得到的電流信息進(jìn)行分析，為控制器補(bǔ)償信號(hào)發(fā)出與逆回路輸出補(bǔ)償電流奠定基礎(chǔ)。

在實(shí)際運(yùn)用中我們不難看出，DC、AC是SVG裝置的兩大重要組成部分，而AC直接連入到電力系統(tǒng)中。在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，SVG裝置會(huì)首先用轉(zhuǎn)換器把來自電力系統(tǒng)的AC電力逐步轉(zhuǎn)換為DC能量，并將其存儲(chǔ)在相應(yīng)的裝置內(nèi)，之后轉(zhuǎn)換器會(huì)將DC上的電流與壓降轉(zhuǎn)換成AC所能承載的壓降并傳回到電氣系統(tǒng)中，如此形成一個(gè)有效循環(huán)。在使用橋式逆變器電路時(shí)，AC電壓的相位、電流、輸出浮動(dòng)可以起到控制電路的效果，相關(guān)工作人員只要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，去調(diào)整DC與AC電流，便可使逆變裝置成功發(fā)出、消耗無功功率。

從整體上來看，SVG的基礎(chǔ)控制策略就是做好檢測環(huán)節(jié)，對(duì)大電網(wǎng)所發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行時(shí)時(shí)把控，在之后的控制環(huán)節(jié)內(nèi)去根據(jù)檢測過程中所掌握的信號(hào)對(duì)逆變電路的補(bǔ)償大小與通斷進(jìn)行把控，最后在驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)中利用自身所發(fā)出的脈沖信號(hào)去觸發(fā)電路。在檢測環(huán)節(jié)中該設(shè)備能通過其所持有的感測器去接收電網(wǎng)暫態(tài)電流、電壓以達(dá)到檢測電流信號(hào)的效果，并通過預(yù)先設(shè)定好的程序與公式去計(jì)算無功電流的大小，以此作為下一環(huán)節(jié)的輸入信號(hào)，在控制環(huán)節(jié)中對(duì)經(jīng)檢測后計(jì)算得出的無功電流信號(hào)與根據(jù)項(xiàng)目特性所提前設(shè)定的基礎(chǔ)參考值進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，之后將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路中，從而實(shí)現(xiàn)光伏電網(wǎng)無功補(bǔ)償[4]。

近些年，我國光伏發(fā)電項(xiàng)目的數(shù)量不斷增加，SVG技術(shù)運(yùn)用也更為頻繁，在實(shí)踐中形成了一套較為完備的裝備與理論體系，并被大面積運(yùn)用于項(xiàng)目中。根據(jù)光伏發(fā)電晝夜間斷性發(fā)電的特征，就需要相關(guān)人員對(duì)無功投入率進(jìn)行把控以保障電網(wǎng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，隨之而來的是更多的下網(wǎng)電費(fèi)、場地使用電量，在一些大型光伏電站建設(shè)的過程中，其施工周期較長、項(xiàng)目規(guī)模大、無功補(bǔ)償裝置數(shù)量多且在同一母線上運(yùn)行，因而容易出現(xiàn)各設(shè)備“出力”不均的問題，大大提高了設(shè)備損壞率、降低使用壽命，為此，相關(guān)單位就需要積極運(yùn)用恒電壓、恒無功、恒功率等模式，以達(dá)到維護(hù)光伏發(fā)電系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的效果。除此之外，若AVC指令能夠被電網(wǎng)追蹤，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因無功負(fù)荷分配不均而引發(fā)的設(shè)備故障，所以在使用AVC控制中，就需要我們重點(diǎn)思考適應(yīng)項(xiàng)目特性的均衡分配方法，避免無功過度集中。當(dāng)然為降低場用電量，相關(guān)人員可根據(jù)無功出力過程中設(shè)備的發(fā)熱情況進(jìn)行調(diào)整，若溫度較低則可停用散熱風(fēng)扇，起到的降低功耗的效果。

（三）著力分散就地補(bǔ)償

其實(shí)我們所說的分散就地補(bǔ)償，最為常見的實(shí)用場景就是在大工廠之中，這是因?yàn)楣S中有很多耗電量較多的大型設(shè)備，為滿足每個(gè)設(shè)備的特性需求，一般都會(huì)對(duì)其進(jìn)行特殊處理，利用單獨(dú)無功補(bǔ)償?shù)姆绞?，將相關(guān)的輔助設(shè)備安置在主設(shè)備旁邊，彼此之間保持密切聯(lián)系，要運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)、要斷開的時(shí)候同時(shí)斷開，這種補(bǔ)償方式相對(duì)于高低壓集中補(bǔ)償而言，效果更優(yōu)、穩(wěn)定性更強(qiáng)，不僅能在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中維持系統(tǒng)內(nèi)的電壓平衡，還能有效降低能源消耗。

在實(shí)際操作中，相關(guān)工作者應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目情況進(jìn)行選擇，切不可照搬挪用、盲目推崇，需注意一下幾個(gè)要點(diǎn)內(nèi)容。

1. 系統(tǒng)中的功率因數(shù)越高，每千伏補(bǔ)償容量所起到的減耗作用就越小，通常情況下將功率因數(shù)擴(kuò)大致0.95是比較合理的一種選擇。

2. 在負(fù)荷較輕的環(huán)境下，要對(duì)補(bǔ)償量進(jìn)行調(diào)整，以免因過度補(bǔ)償導(dǎo)致無功功率損耗增加，從而影響整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)性。

3. 分散就地補(bǔ)償不能用于大容量電氣設(shè)備中，這是由于該類設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)往往會(huì)伴隨高次諧波的出現(xiàn)，如若采用分散就地補(bǔ)償?shù)姆绞絼t有助于諧波次數(shù)的增加，根本無法保障供電質(zhì)量。

5. 該補(bǔ)償方式不適合用在正反輪不停轉(zhuǎn)換與電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)的設(shè)備中，杜絕不必要的電能消耗。

6. 在采用該補(bǔ)償方式時(shí)，應(yīng)該配備專門電力電容器，如若項(xiàng)目決策者非要使用不匹配的普通電容器，不僅投資成本大，且無用消耗多[5]。

六、結(jié)束語

綜上所述，我們不難看出光伏發(fā)電作為一種新興技術(shù)，其與我國走資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)的可持續(xù)發(fā)展路線相符，該技術(shù)兼顧清潔與穩(wěn)定性的同時(shí)給我國帶來的更多能源。無功補(bǔ)償技術(shù)的運(yùn)用無疑能夠讓光伏發(fā)電事業(yè)走上一個(gè)嶄新臺(tái)階，但在實(shí)際操作中還是需要相關(guān)工作者不斷學(xué)習(xí)、不斷創(chuàng)新，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況提供有針對(duì)性地改進(jìn)策略，為我國的建設(shè)與發(fā)展奉獻(xiàn)自己的一份力。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐亮.無功補(bǔ)償及消諧裝置在工廠供電系統(tǒng)中的應(yīng)用分析[J].科技資訊， 2018，16（16）：34-35.

[2]胡寶華，陳伯建，丁勝，饒堯，王宇.基于配電網(wǎng)無功補(bǔ)償技術(shù)的節(jié)電量快速測算方法[J].節(jié)能技術(shù)， 2018（03）.

[3]王多，陳良耳，陳仕彬，智勇，湯奕.大型光伏電站無功優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2018，40（04）：368-374.

[4]劉中原，王維慶，王海云，王海峰.并網(wǎng)型光伏系統(tǒng)無功電壓穩(wěn)定性控制策略研究[J].電力電容器與無功補(bǔ)償， 2017，38（06）：130-137.

[5]鄧棣清，黃建中.生態(tài)脆弱帶上光伏發(fā)電站的生態(tài)環(huán)境管理策略探究[J].節(jié)能與環(huán)保， 2019（8）：79-80.