一、引言

随着社会经济的高速发展和生活水平的提高，人们对电能质量及可靠性的要求日益增高，大力发展和促进包括光伏发电在内的新能源开发和利用是解决当前面临的能源短缺危机和环保压力的最有效的途径；大型的光伏发电站也是目前利用太阳能发电的主要趋势，光伏发电的迅猛发展也给电力系统带来了许多新问题，光伏发电系统本身随温度变化，光照强度的变化都会对电网接入点的电压产生影响，其对系统电压的影响程序取决于电网结构和光伏电站容量的大小。

二、稳定的电压对电网的重要性

集中供电的配电网一般呈辐射状。通常在运行状态下，电压沿馈线潮流方向逐渐降低。电网接光伏电站后，由于馈线上的传输功率减少，可能使沿馈线各负荷节点处的电压被抬高，从而导致一些负荷节点的电压偏移超标。通常情况下，可通过在中低压配电网络中设置有载调压变压器和电压调节器等调压设备，将负荷节点的电压偏移控制在符合规定的范围内。对于配电网的电压调整。但是光伏输出出力的大小随温度变化和光照强度的变化而变化，例如在午间阳光充足时，光伏电源出力通常较大，若线路轻载，光伏电源将明显抬高接入点的电压。如果接入点是在馈电线路的末端，接入点的电压很可能会越过上限，而在夜间重负荷时间段，光伏电源通常无出力，如果在运行过程中出现这些变化，传统的调压方式很难达到安全运行的要求，所以光伏在并网运行过程中产生的出力变化可能会造成局部配电线路的电压波动和闪变，若跟负荷改变叠加在一起，将会引起更大的电压波动和闪变。这时传统的调压方式可能不能满足动态调节电压的需要，如果在光伏电源侧接入无功发生和补偿装置，参与调压，吸收线路中多余的无功，可以解决电压突变的问题并改善线路的电压质量。否则但当大量并网光伏电源接入时，对整个电力系统的影响会更大，电压波动和闪变到一定程序会造成电网裂解甚至电网崩溃，所以对光伏电站接入电网的位置和容量以及无功补偿的接入进行合理的规划是很重要的。

三、DLSVG系列静止无功发生装置的应用

在配电网络的末端，特别是边远地区，负载的无功波动将会对供电电压产生很大的影响，进而影响到其他负荷，如果能有效的利用SVG准确的通过吸收和发生无功来调节电网节点的电压，将会给光伏并网发电带来积极的影响。

风电集团德令哈协合光伏电站（总容量30MW）采用的为由大力电工襄阳股份有限公司研发生产的DLSVG系列10.5MVar静止无功发生器，由于风电集团德令哈协合光伏电站采用逆变器输出由升压变并网接入35kV变110kV主变，所以采用的SVG需要增加了户外隔离开关和户外电力变压器（如图1所示），通过户外电力变压器将35kV变为10kV，使SVG接入电网，通过将桥式电路和电容器并联在电网上（如图2），再通过采集110kV侧的PT来实时跟踪高压侧的电压来调节无功功率输出的大小，来满足电网系统的需要。


图1户外设备现场

图2 SVG一次系统图

德令哈协合光伏电站采用了南瑞继保公司研发的综合自动化平台，与SVG的通讯方式为RS485串口通讯，协议采用MODBUS RTU协议，由于集控室距离现场SVG室为400米电缆沟距离，故采用光纤收发器和光电转换器进行信号隔离中转，有效的解决了远距离数据传输的问题。（如图3所示）


图3 SVG与综自平台通讯方案图

四、DLSVG系列静止无功发生装置的介绍

SVG整套装置由控制柜、功率柜、电抗器柜组成：控制柜为整机的控制核心，主要包括控制箱，控制电源模块，二次配线系统等。功率柜为整机的逆变核心部分，每相由多个功率单元组成（串联升压）如图4所示，。每个功率模块均具有完善的保护措施，并且各工作状态均送回主控单元，主控与各模块信号连接均采用高速光纤传输，实现了高电压隔离。

图4

工作状态如图4所示，可以通过GBT中的续流二极管对电容进行充电来实现无冲击并网。根据外围的传感器的采样信号（选择控制目标）和工作模式（功率因数控制模式或电压控制模式）综合处理后装置生成波形输出。

SVG工作时可以将链式的功率单元组看做一个可控的电压源，通过检测电网中无功电流的大小和电压，根据控制目标、控制模式和控制算法的来调整电压源输出的电压波形，从而决定是从电网吸收无功和是发生无功，此时SVG可以等效为电压的幅值和相位可控并且与电网频率相同的电压源，建立简单的模型，如图5所示的等效电路，设电网电压为Us，SVG的输出电压为UI，连接电抗X上的电压UL即为Us和UI的相量差，电流I为SVG从电网侧吸收的电流，通过改变SVG输出电压的幅值和相位就可以改变连接在电抗上的电压，从而控制SVG从电网吸收电流的幅值和相位，也就控制了SVG所吸收的无功的性质和大小，不计损耗即不计装置从电网吸收有功的情况下，只需使装置输出电压与电网电压同相，仅改变的SVG输出电压幅值大小即可以控制装置从电网吸收的电流是超前还是滞后90°

图5


五、 SVG的控制方式

由于调制过程具有非线性，加上存在运算参数的误差、以及在整个系统中存在偏移及漂移等因素，因此要得到所要求的控制精度和响应速度，必须进行双闭环控制。DLSVG系列静止无功发生装置利用霍尔互感器的精确采样与需要控制的目标值进行对比进行PID调节，输出的无功调整量通过限幅和反变换进入复合重复控制策略，通过反馈比例控制系统Kr，学习因子Ks和遗忘因子Kf的整定来消除静差，如图6所示采用的是电压外环电流内环的双闭环控制模式，有效的提高了系统的稳定性和响应速度。


图6 SVG闭环控制原理图

六、 SVG的使用效果及动态响应性能

如图8所示通过SVG装置以110kV母线电压作为控制目标，动态跟踪电网系统过程中电压变化情况和无功功率变化情况，并根据变化情况动态调节无功输出，现德令哈协合光伏站要求在任意时刻，110kV侧母线电压控制在115kV-117kV之间；

当日光强烈时，光伏电站出力较大，110kV侧系统母线电压偏高，SVG此时发出感性无功功率。

当日光较弱时，光伏电站出力小或不出力，110kV侧系统母线电压趋于正常，SVG此时处于待机状态，在电网电压出现低电压时，发出容性无功功率提供电压支撑。

SVG运行效果

未投SVG时电网数据

110KV侧最高电压

110KV侧最低电压

电压变化率

118.51kV

114.54kV

3.35%

采用SVG补偿后电网电压的数据

110KV侧最高电压

110KV侧最低电压

电压变化率

116.32kV

115.53kV

0.68%

从以上数据能看出，加入DLSVG系列静止无功发生装置补偿后，现场电网变化率大大降低。

如图7所示通过SVG的输出波形可以看到在光伏发电站负荷出力变化时，系统母线的电压在变化，DLSVG系列静止无功发生装置通过对110kV母线的PT和CT的接入精确采样，通过设置的控制目标来实现实时响应、动态发生容性或感性无功来达到调节电网电压的目的，通过对装置动态响应性能的检测可以看出，输出电流在5ms到20ms的时间内完成动态响应。动态补偿范围及响应速度都达到国内领先水平。



图7 SVG的动态阶跃响应

四、结束语

随着近几年国家对新能源的普及和推广力度不断增加，光伏、风电等新能源所占总发电量比重的增加，光伏和风电运行时的不稳定性所带来的各种电能质量的影响已经得到了广泛的重视，在多个光伏和风电项目重点推广区域，对无功发生装置SVG的投运容量和比例都有严格的要求，利用无功静止发生装置SVG实现快速、准确调整电网中的无功含量从而可以实时调整电网电压波动的范围，并在电网出现局部故障或电压暂降时提供有力的支撑，大大提高了电网运行时的供电质量和供电可靠性，因此，SVG的推广和应用在解决能源短缺危机的同时改善电能质量和供电可靠性具有深远意义。