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、調(diào)試。

摘 要：光伏發(fā)電有著以晝夜為周期的變化特點，所以對整個電網(wǎng)系統(tǒng)而言其會帶來沖擊性與多變性負載，容易引發(fā)電壓波動，這類問題的產(chǎn)生必然會影響到整個電網(wǎng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行，為此將無功補償設備融于其中就顯得尤為關鍵。本文就對無功補償控制在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的有效運用措施進行研究，希望對相關工作者有所幫助。

關鍵詞：光伏發(fā)電系統(tǒng);無功補償控制;電網(wǎng)

一、引言

新能源的出現(xiàn)為人類社會的發(fā)展提供了無限可能，將太陽能轉換成電能不僅轉換效率高，也不會對自然環(huán)境造成負面影響，也正因如此光伏發(fā)電技術被廣泛運用開來，其涉及領域越來越廣，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來發(fā)電，半導體器件收集“陽光”后被賦予輸出電壓的功能，為在迎合光伏發(fā)電特性的同時保障電壓輸出平穩(wěn)，就需要在系統(tǒng)中加入無功補償控制措施，為此我們首先就需要搞懂無功補償設備的基本運行原理，借助SVG設備以保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運轉，提高發(fā)電效率。

二、光伏發(fā)電系統(tǒng)輸電研究

其實光伏發(fā)電是一個能量轉換的過程，遵守能量守恒定律，但相對于傳統(tǒng)轉換效果來說，有著資源消耗少、轉換效率高的特點。光伏發(fā)電系統(tǒng)是由從光伏組件、逆變控制器等部件構成，在運轉過程中，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所成電流來達到發(fā)電效果。為此，光伏發(fā)電的條件相對簡單，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，運行過程中經(jīng)流兩端的電流與電壓之間會產(chǎn)生90°的相位差，因此會出現(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換，而這部分的能量雖然不會被消耗，但其也參與了電源與負載之間的能量轉換。無功功率并不是說該功率沒有實際用途，事實卻正好相反，其是組成電動機、變壓器旋轉磁場產(chǎn)生的關鍵條件，若沒有無功功率不僅變壓器不能隨意的轉換電壓、電動機也無法轉動。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)菪载摵呻娐分?，電壓落后于電?0°相位差;感性無功功率是指在純感性負荷電路中，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受到負荷電流影響，變化不穩(wěn)定。

四、光伏發(fā)電無功補償?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配電網(wǎng)中的各項設備進行保護，而提高無功補償質(zhì)量，則能通過負荷的增加，進一步提升電力系統(tǒng)內(nèi)部電壓的穩(wěn)定性，起到降低變電設備投資建設與運營維護成本的功效。

（一）SVC裝置的優(yōu)勢

SVC裝置的有效運用能夠進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。當然在實際運轉的過程中，其能為輸配電線路的正常工作奠定基礎，提升電力網(wǎng)暫態(tài)過程穩(wěn)定性。

（二）SVG無功補償系統(tǒng)的優(yōu)勢研究

該系統(tǒng)有著良好的調(diào)節(jié)的功能，可按照實際需求的變化迅速做出調(diào)整來實現(xiàn)無功補償。在光伏電站滿載發(fā)電時能進行容性無功補償;在不發(fā)電的情況下能進行感性無功補償，如果系統(tǒng)中的補償電容充足，通過SVG補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)運行過程中容易遇到諧波問題，在擁有非線性負荷的設備中時有發(fā)生，可以說其已經(jīng)成為一種屬于非線性負荷的特有屬性。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荷，所以在實際運營中很容易產(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準范圍之內(nèi)。SVG除了擁有的良好的補償能力與諧波抑制性之外，反應速度快也是其一大優(yōu)勢，具有關數(shù)據(jù)表明，相比于之前的動態(tài)的補償裝置而言，SVG抑制電壓善變的能力要高出四到五倍，實際效果明顯，可以說是目前無功補償設備響應速度上最拔尖的存在，自動投切裝置雖然僅需短短就可快速響應，但SVG只需10 ms。

SVG無功補償最突出的優(yōu)勢就是其極強的穩(wěn)定性與安全性，在實際運轉過程中它根本不受系統(tǒng)參數(shù)影響，且其短時電流過載力強，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，且獨立運行，這樣的設計與設置方式不僅能有效控制諧振問題的產(chǎn)生，同時在某一元件出現(xiàn)問題后也不會影響到系統(tǒng)的正常運轉，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)中無功補償控制的有效措施研究

（一）SVC裝置的運用

SVC其實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。在實際運用中，我們可以將SVC當成一個動態(tài)無功源，其能根據(jù)電網(wǎng)需求進行調(diào)節(jié)變化，既能吸收多出的感性無功，也能提供容性無功?？闺娖髯鳛镾VC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行調(diào)整，保障電網(wǎng)中SVC接入點無功量正好能起到穩(wěn)定該點電壓的作用，從而達到無功補償效果。在隨著光伏發(fā)電技術的不斷發(fā)展，輸配電系統(tǒng)與變壓器也融入其中，雖然對發(fā)電規(guī)模擴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的有效運用不僅能在電網(wǎng)故障以動態(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裝置的運用

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

在實際運用中我們不難看出，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。在設備運轉過程中，SVG裝置會首先用轉換器把來自電力系統(tǒng)的AC電力逐步轉換為DC能量，并將其存儲在相應的裝置內(nèi)，之后轉換器會將DC上的電流與壓降轉換成AC所能承載的壓降并傳回到電氣系統(tǒng)中，如此形成一個有效循環(huán)。在使用橋式逆變器電路時，AC電壓的相位、電流、輸出浮動可以起到控制電路的效果，相關工作人員只要根據(jù)項目的實際情況，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的基礎控制策略就是做好檢測環(huán)節(jié)，對大電網(wǎng)所發(fā)出的信號進行時時把控，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對逆變電路的補償大小與通斷進行把控，最后在驅動環(huán)節(jié)中利用自身所發(fā)出的脈沖信號去觸發(fā)電路。在檢測環(huán)節(jié)中該設備能通過其所持有的感測器去接收電網(wǎng)暫態(tài)電流、電壓以達到檢測電流信號的效果，并通過預先設定好的程序與公式去計算無功電流的大小，以此作為下一環(huán)節(jié)的輸入信號，在控制環(huán)節(jié)中對經(jīng)檢測后計算得出的無功電流信號與根據(jù)項目特性所提前設定的基礎參考值進行對比，產(chǎn)生驅動信號，之后將驅動信號輸出到驅動電路中，從而實現(xiàn)光伏電網(wǎng)無功補償[4]。

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

（三）著力分散就地補償

其實我們所說的分散就地補償，最為常見的實用場景就是在大工廠之中，這是因為工廠中有很多耗電量較多的大型設備，為滿足每個設備的特性需求，一般都會對其進行特殊處理，利用單獨無功補償?shù)姆绞?，將相關的輔助設備安置在主設備旁邊，彼此之間保持密切聯(lián)系，要運轉的時候同時運轉、要斷開的時候同時斷開，這種補償方式相對于高低壓集中補償而言，效果更優(yōu)、穩(wěn)定性更強，不僅能在運轉過程中維持系統(tǒng)內(nèi)的電壓平衡，還能有效降低能源消耗。

在實際操作中，相關工作者應結合項目情況進行選擇，切不可照搬挪用、盲目推崇，需注意一下幾個要點內(nèi)容。

1. 系統(tǒng)中的功率因數(shù)越高，每千伏補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)擴大致0.95是比較合理的一種選擇。

2. 在負荷較輕的環(huán)境下，要對補償量進行調(diào)整，以免因過度補償導致無功功率損耗增加，從而影響整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與經(jīng)濟性。

3. 分散就地補償不能用于大容量電氣設備中，這是由于該類設備的運轉往往會伴隨高次諧波的出現(xiàn)，如若采用分散就地補償?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. 該補償方式不適合用在正反輪不停轉換與電動機頻繁啟動的設備中，杜絕不必要的電能消耗。

6. 在采用該補償方式時，應該配備專門電力電容器，如若項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，其與我國走資源節(jié)約、環(huán)境保護的可持續(xù)發(fā)展路線相符，該技術兼顧清潔與穩(wěn)定性的同時給我國帶來的更多能源。無功補償技術的運用無疑能夠讓光伏發(fā)電事業(yè)走上一個嶄新臺階，但在實際操作中還是需要相關工作者不斷學習、不斷創(chuàng)新，結合項目實際情況提供有針對性地改進策略，為我國的建設與發(fā)展奉獻自己的一份力。

參考文獻：

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[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)大學學報， 2018，40（04）：368-374.

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