CN102916434A - 基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法，该方法包括静态无功补偿控制的步骤、以检测并网的肯定条件进行动态无功补偿控制的步骤。本发明在对光伏电站无功消耗进行分类计算的基础上，提出光伏电站无功补偿容量优化配置及控制方法，将光伏电站的无功补偿分为两部分，并分别采用不同的补偿设备、安装不同的地点、采用不同的控制方法。这种无功功率补偿方式，适合光伏电站实际运行时的无功消耗特有规律，可以满足光伏电站无功动态补偿要求，并节约投资成本，降低运行费用。

Description

基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法。
背景技术
光伏电站采用光伏组件发电，经逆变、升压后，送入电网。光伏电站的运行，是在光照达到一定强度时，通过控制***自动实现并网后，开始输出有功功率，其输出的有功功率，与地域、环境等因素有关，随光照强度、温度变化，其发出的有功功率随着时间变化大范围波动，同时消耗的无功功率也将动态变化。
光伏电站要求配置一定容量的无功补偿装置，配置的容量大小一般与电站的设计容量成一定比例，无功补偿装置的控制方法参照普通变电站无功补偿控制方法，根据电压和功率因数要求，控制投入的无功功率大小。
通常，无功补偿装置采用以下三种方式实现：
1)固定电容器FC。电容器可以补偿固定容量的无功，一般采用机械开关或晶闸管开关控制其投切。实际中，采用将电容器分组，根据控制判据发出各电容器分组的投切指令。
其特点是：结构简单，造价低，补偿容量固定，每次投入或其切除一个分组。缺点是补偿容量受电网电压影响，当电网电压较低时，补偿容量明显下降，动态跟踪补偿性能差。
2)静止无功补偿器SVC。SVC静止无功补偿器（Static Var Compensator）是一种基于电力电子技术的无功功率快速连续调节装置。其基本电路结构为TCR，通常采用两个反并联晶闸管控制的电抗器与一组或多组固定电容器FC并联，构成双向无功补偿装置，通过控制晶闸管的触发角，可以使TCR支路成为一个连续可调电抗器，从而连续调节投入***的无功功率。
主要缺点是：产生较大的谐波，补偿容量受电网电压的影响，造价比较高，优点是可以连续调节补偿无功功率。
3)静止无功发生器SVG。SVG静止无功发生器(Static Var Generator)，它将PWM控制的电压源逆变器并联接入电网，不需要大容量的电容、电感等储能元件，相当于一个无功电流源，其无功电流值不受***电压的影响，可在***电压较低的条件下提供无功支持，快速进行无功补偿，具有谐波含量少、控制能力强、同容量下占地面积小等优点，相对造价高，控制复杂。
发明内容
本发明专利的目的是结合光伏电站运行特点，提出一种根据光伏电站无功消耗容量进行无功补偿容量优化配置控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法，该方法包括静态无功补偿控制的步骤、以检测并网的肯定条件进行动态无功补偿控制的步骤。其控制原理方法如图5所示。
所述静态无功补偿控制的步骤中，采用固定容量的电容器补偿；将静态无功补偿的固定电容器，安装在光伏电站升压变压器的低压侧；固定电容器补偿装置的控制方式采用长期投入。
所述动态无功补偿控制的步骤中，采用具有动态无功补偿功能的无功补偿装置，即静止无功补偿器SVC或静止无功发生器SVG；将动态无功补偿装置SVC或SVG，安装在升压变压器的高压侧；并根据光伏电站运行分析，提出基于动态无功消耗的补偿控制策略。
所述基于动态无功消耗的补偿控制策略包括电压、电流测量的步骤、消耗无功功率计算的步骤、动态补偿控制的步骤。
本发明的有益效果是，
1、投资经济性与补偿效果
如果光伏电站采用传统固定电容器进行无功补偿，虽然节省投资，但是因为光伏电站发电功率动态变化，无法实现动态跟踪，影响补偿效果。完全采用动态补偿装置，则控制复杂，造价也很高。采用本专利的优化配置及控制方法，虽然会增加部分初始投资，但能收到很好的控制效果。
2、运行经济性
在光照不足时，光伏电站处于非并网状态，总体来说光伏电站一年中有将近50％的时间是处于这种状态。在这种情况下，电站相对电网属于负载，静态无功补偿设备可以提供送出线路和变压器的无功消耗，实现电网无功分层就地补偿的原则，同时降低电站运行费用。
光伏电站采用提出无功补偿优化配置，则固定电容器只需全部投入即可，操作简单，同时减小了动态无功补偿装置的容量配置，这样既节省投资、同时补偿效果好，并且可以降低运行费用，实现经济运行。
附图说明
图1是光伏电站静态补偿结构图。
图2是光伏电站动态补偿结构图。
图3是基于动态无功消耗的补偿控制策略图。
图4是光伏电站无功补偿总体结构图。
图5是本发明无功补偿控制图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
（一）基于光伏电站无功消耗分类计算的无功补偿优化配置控制方法
分类计算的原因：光伏电站运行的特点，白天受日照情况影响，向***输送功率变化的有功，消耗无功随有功动态变化；夜间停止发电，电站从电网吸收有功和无功，分别提供变压器和输电线路的损耗，消耗一定容量的无功。把电站的无功消耗分为基础消耗和动态消耗，可以为无功补偿方式及容量合理选择提供依据。
提出的光伏电站无功消耗分类计算方法，通过对光伏电站设计及运行情况分析，将光伏电站的无功消耗分成两部分：
1、基础无功消耗部分。
光伏电站无功消耗中的基础消耗部分，是指光伏电站在夜间的情况，尚未达到并网条件下，消耗的固定无功功率的部分。
（1）基础无功消耗量计算ΔQ0
通过光伏电站分析，得知基础无功消耗部分主要包括两部分：
a.变压器空载无功消耗ΔQTo
计算方法：（《电能***基础》，机械工业出版社，单渊达编，第103页）
Δ Q T 0 = S N · I 0 % 100
SN：变压器额定容量
I0%：变压器短路电流百分数
b.线路输送变压器空载功率引起的无功消耗ΔQL0
计算方法：（《电能***基础》，机械工业出版社，单渊达编，第102页）
Δ Q L 0 = P T 0 2 + Q T 0 2 U N 2 X
PT0：变压器空载有功损耗，见变压器铭牌
QT0：变压器空载无功损耗
UN：送出线路额定电压
X：送出线路等效电抗
c.基础无功消耗量ΔQ0
ΔQ0＝ΔQT0+ΔQL0
（2）基础无功消耗补偿方式
光伏电站的基础无功消耗量固定，因此采用固定容量的电容器补偿。
（3）固定电容器的安装位置
静态无功补偿的固定电容器，安装在光伏电站升压变压器的低压侧，降低电容器的电压等级，以降低造价。补偿结构如图1所示。
（4）基础无功补偿控制
固定电容器补偿装置的控制方式采用长期投入。
2、动态无功消耗部分
光伏电站无功消耗中的动态消耗部分，是指在光伏电站并网发电、输送有功功率动态变化的过程中，消耗的变化无功功率，与输送有功容量有关。
（1）动态无功消耗量计算ΔQ
在光伏电站动态无功消耗计算中，采用光伏电站设计峰值功率进行计算。通过对光伏电站运行分析得知，动态无功消耗部分主要包括两部分：
a.变压器有载消耗的无功功率ΔQT
计算方法：（《电能***基础》，机械工业出版社，单渊达编，第103页）
Δ Q T = S N · U d % 100 β 2
SN：变压器额定容量
Ud%：变压器负载阻抗百分数
β：变压器负荷率，计算变压器动态无功消耗量时，应取最大情况1。
b.送出线路消耗的无功功率ΔQL
计算方法：（《电能***基础》-机械工业出版社-单渊达P102（式3-22））
Δ Q L = S 2 U N 2 X
S：光伏电站峰值功率
UN：送出线路额定电压
X：送出线路等效电抗
c.无功动态消耗量ΔQ
ΔQ＝ΔQT+ΔQL
（2）动态无功消耗补偿方式
按上式计算的光伏电站的动态无功消耗量的结果，是实际消耗无功的最大情况，实际中因为无功消耗随有功变化，因此采用具有动态无功补偿功能的无功补偿装置，即静止无功补偿器SVC或静止无功发生器SVG。补偿结构如图2所示。
（3）动态无功补偿装置安装位置
动态无功补偿装置SVC或SVG，安装在升压变压器的高压侧，这样可以通过检变压器高压侧的无功功率，进行合理补偿，如果安装在低压侧，则因为逆变器只输出有功，无法检测到变压器之后的无功消耗情况，无法进行动态无功补偿。
（4）动态无功补偿控制
根据光伏电站运行分析，提出基于动态无功消耗的补偿控制策略。其过程如图3所示，包括电压、电流测量的步骤、消耗无功功率计算的步骤、动态补偿控制的步骤。
（二）光伏电站无功补偿容量优化配置及补偿控制方法
综上所述，在对光伏电站无功消耗进行分类计算的基础上，提出光伏电站无功补偿容量优化配置及控制方法，如图4所示，将光伏电站的无功补偿分为两部分，并分别采用不同的补偿设备、安装不同的地点、采用不同的控制方法。这种无功功率补偿方式，适合光伏电站实际运行时的无功消耗特有规律，可以满足光伏电站无功动态补偿要求，并节约投资成本，降低运行费用。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法，其特征是，该方法包括静态无功补偿控制的步骤、以检测并网的肯定条件进行动态无功补偿控制的步骤。
2.如权利要求1所述的基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法，其特征是，所述静态无功补偿控制的步骤中，采用固定容量的电容器补偿；将静态无功补偿的固定电容器，安装在光伏电站升压变压器的低压侧；固定电容器补偿装置的控制方式采用长期投入。
3.如权利要求1所述的基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法，其特征是，所述动态无功补偿控制的步骤中，采用具有动态无功补偿功能的无功补偿装置，即静止无功补偿器SVC或静止无功发生器SVG；将动态无功补偿装置SVC或SVG，安装在升压变压器的高压侧；并根据光伏电站运行分析，提出基于动态无功消耗的补偿控制策略。
4.如权利要求3所述的基于无功消耗的光伏电站无功补偿优化配置控制方法，其特征是，所述基于动态无功消耗的补偿控制策略包括电压、电流测量的步骤、消耗无功功率计算的步骤、动态补偿控制的步骤。
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