光伏发电中怎样进行无功补偿

光伏行业的应用现状与存在问题

光伏发电系统并网所产生的电能质量问题主要包括谐波、电压波动、闪变等，其容易影响有功及无功潮流、频率控制等特性。由于受光照角度、环境温度、光伏板安装位置、云量等因素影响，光伏电站的输出功率会有所变化，大变化率甚至过额定量的10%，因此产生了发电量的不稳定问题，对馈入电网的谐波产生影响。光伏系统输出有功功率变化曲线如图1所示。

光伏电站的并网需要应用到逆变器，该产品的控制技术与光伏发电并入电网的品质也密切相关。逆变器输出在轻载时，谐波会明显变大，在10%额定出力以下时，电流的总谐波畸变率会达到20%以上。光伏发电系统谐波电流THD如图2所示。

光伏发电功率随日照强度变化对电网负荷特性产生影响，它的接入改变了电网潮流方向，将对现有电网的规划、调度运行方式产生应用。大量光伏发电系统的接入电网终端，将加剧电压波动，引起系统的不稳定性运行。

光伏行业电能质量问题的解决案例

面对光伏发电系统并网所产生的谐波、电压波动、闪变、低电压穿越等电能质量问题，SVG以动态响应时间快、无功连续可调以及无功调节范围宽等优点得到越来越广泛的应用。目前光伏项目现场在选择SVG时可以由35kV直挂式和由降压变与10kV串联连接与35kV母线侧。

根据控制策略的不同，SVG的运行方式可以分为恒电流，恒电压，负荷跟踪，恒功率因数等。在恒电流运行方式下，SVG根据设定的电流大小来保持并网点无功功率的恒定；在负荷跟踪运行方式下，SVG通过实时监测系统侧或者负载侧的无功电流，通过闭环控制来实时补偿，可以根据功率因数的设定值来将功率因数控制在设定范围内；恒电压的运行方式为SVG跟踪目标电压，对采集的电压与目标电压进行PI控制，保证并网点电压的恒定。

光伏系统并网结构图SVG光伏现场连接示意图如图3所示。

电压支撑理论分析

设SVG的无功补偿容量为Q，带负载未连接补偿器时连接点的正常工作电压为U0，系统短路容量为Ssc，系统阻抗为XS。得系统阻抗：

案例概述

依据传统无功补偿容量的算法，一般光伏电站需配置的无功补偿容量约为光伏系统发电容量的10%左右。针对新疆库尔勒尉犁县某20Mvar光伏发电系统，提出了35kV直挂式SVG和经由降压变与10kVSVG结合两种方案给项目部选择，终选用后种方案。产品中部分元件参数：SVG降压变压器S11-2000/35/10，变压器短路阻抗10%，装置为±2Mvar，系统小短路容量64MVA。

根据方案中的数据分析出，系统阻抗为19.2Ω；SVG能补偿的电压值631V。

数据分析

手动检测电压支撑情况，SVG未投入运行时，光伏发电系统并网点电压偏高，达到37.01kV。将SVG设定在恒电流运行模式，通过手动输入感性电流由-10A～-115A额定，观察SVG投入后的并网点电压波形。SVG运行-115A时，并网点电压为36.37kV,与未投入时电压相比降低0.64kV，和理论分析的数据（0.63kV）一致。如图4所示。

根据手动运行的情况，针对光伏发电系统的母线电压的情况以及参考裂解保护值设定，将SVG设定在恒电压运行模式，并网点目标控制电压为36.4kV（客户可以并网点电压修改目标控制电压值），运行SVG，观察SVG运行数据及并网点电压，如图5所示。

响应时间测试波形

装置动态无功响应时间主要是并网点电压异常升高或者降低，无功装置通过目标电压值与采样电压值换算后输出的无功电流值90%所需要的时间。装置在做测试时可以通过手动设定目标电压值或者在电压采样回路中串入电阻来模拟电压跌落进行响应时间的测试。图6为产品现场电压支撑时的响应时间测试，约为22.19ms，满足光伏发电站对无功补偿装置30ms的要求。

谐波电流测量

将电能质量分析仪挂在系统测量回路侧，采集SVG投入、切除时系统电流数据，将采样的数据综合分析比对，可以看出SVG在谐波上面有良好的补偿效果。SVG谐波补偿数据分析如表1所示。

结论

本文主要介绍了光伏发电行业电能质量现状及存在的问题，针对光伏电能问题提出可行性解决方案。从应用案例中可以看出，通过恒电流模式手动给定无功电流，SVG在光伏电网中能起到一定的电压支撑作用。在恒电压模式下，通过PID控制算法使SVG输出控制目标电压值,并在试验过程中采用电量记录仪和电能质量分析仪对响应时间、系统电流进行了测试。试验结果可见，SVG具有动态响应快，无功输出可调节范围宽等优点，并能对系统中的谐波有很好的抑制，从而能提高整个光伏系统运行的稳定性。

ANSVG光伏发电无功谐波混合补偿装置

1、概述

    目前，根据行业的发展情况以及市场的需求，ANSVG-S-A系列混合动态消谐补偿装置应用新科技，以SVC的经济性和APF滤波的强效型等特点为基础，将两者技术相结合，突破传统无功补偿技术，在有效降低成本的同时，达到佳谐波治理与无功补偿效果。

    ANSVG-S-A系列混合动态消谐补偿装置主要用于补偿电网中的无功电流，谐波电流以及不平衡电流等，以此达到提高用电效率、节能以及改善电能质量的目标。

 

2、产品介绍

2.1 工作原理

    ANSVG-S-A系列无功有源滤波混合补偿装置并联在整个供电系统中，通过互感器采集信号，根据电网中负载功率因数及谐波含量的变化控制内部的无功补偿模块与有源滤波模块对系统进行无功补偿及有源滤波。其原理为：ANSVG低压无功功率补偿装置通过CT采集电流、电压信号，通过控制器计算，计算出无功补偿与有源滤波的佳方案，对系统进行有效的电能质量管理。如下图所示：

 

                                       ANSVG-S-A无功有源混合补偿装置原理图

2.2 执行标准

  ●  GB/T14549-1993 《电能质量：公用电网谐波》

  ●  GB/T15543-2008 《电能质量：三相电压不平衡度》

  ●  GB/T12325-2008 《电能质量：供电电压偏差》

  ●  GB/T12326-2008 《电能质量：电压波动和闪变》

  ●  GB/T18481-2001 《电能质量：暂时过电压和瞬态过电压》

  ●  GB/T15945-2008 《电能质量：电力系统频率偏差》

  ●  GB7625.1-2012  《电磁兼容 限值 谐波电流发射限值》

  ●  GB/T15576-2008 《低压成套无功功率补偿装置》

2.3 产品特点

  ●  控制方式灵活，采用先进的主电路拓扑和控制算法，响应速度快、补偿精度高，运行稳定；

  ●  一机多能，即可补偿谐波，又可兼补无功，高性价比；

  ●  模块化设计；

  ●  采用可靠的电容电抗器组合，防止出现谐振，完善的自身保护功能。

  ●  采用7英寸大屏幕彩色触摸屏以实现参数设置和控制，使用方便，易于操作和维护；

 

2.4 产品型号及说明

 

2.5 技术参数

表2-1 ANSVG-S-A无功有源混合补偿装置

 

 

 

3、产品应用

3.1 容量选型

    为了方便进行选型，首先将行业进行分类，各行业所属类别如下表

  

 

根据变压器容量与行业类别选型如下：

备注：表格中为理论值，与实际测量值可能存在偏差。

 

3.2 上图示例

 

4、典型案例

    上海某商务中心属于新建项目，配电系统有大量谐波源，变频器、软启动器、空调等，危害供电系统稳定性；且无功变化快，需要补偿。考虑到谐波的影响，图纸中就已经设计了谐波治理和无功补偿装置。我司根据配电系统图分别计算无功和谐波补偿容量，配备了4台ANSVG-S-A产品，补偿了无功和谐波，提高了系统的稳定性，消除了因谐波带来的安全隐患。

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