王文娟

摘要：PWM整流器的四象限控制分析，電網(wǎng)電壓對逆變器端電壓影響，逆變器端電壓對逆變器無功控制的影響，逆變無功的控制對功角影響，進而分析光伏并網(wǎng)引起電網(wǎng)振蕩的原因，并根據(jù)分析結(jié)果提出相應(yīng)的控制措施。

關(guān)鍵詞：逆變器無功控制、新能源光伏振蕩

0引言

大規(guī)模水電機組長距離重負荷送出時，由于勵磁系統(tǒng)快速調(diào)節(jié)，造成電力系統(tǒng)的低頻振蕩。光伏電站無轉(zhuǎn)子，無勵磁系統(tǒng)。大規(guī)模光伏弱電網(wǎng)接入，長距離重負荷送出時仍然發(fā)生電網(wǎng)振蕩。

電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱的地區(qū)，電壓對無功的變化比較敏感。電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱地區(qū)，長距離重功率送出時，無功的輕微變化會導(dǎo)致末端電壓變化很大。

根據(jù)現(xiàn)有實施的設(shè)計規(guī)程，接人110kV（66kV）及以上電壓等級公用電網(wǎng)光伏發(fā)電站，其配置的容性無功補償應(yīng)能夠補償光伏發(fā)電站滿發(fā)時站內(nèi)匯集線路、主變壓器的全部感性無功及光伏發(fā)電站送出線路的一半感性無功之和;其配置的感性無功容量能夠補償光伏發(fā)電站內(nèi)全部充電功率及光伏發(fā)電站送出線路的一半充電無功功率之和。本文從電網(wǎng)無功電壓控制角度分析光伏并網(wǎng)振蕩原因。

一、基本介紹

（一）實例描述

薄弱地區(qū)110kV電網(wǎng)末端先投運裝機50MW的光伏電站1，電網(wǎng)運行正常，后期又投運了裝機20MW的光伏電站2，兩個光伏電站滿發(fā)時電網(wǎng)末端A、B站母線電壓在0.9-1.1pu內(nèi)頻繁波動，頻率在50±0.2赫茲內(nèi)頻繁波動。接線圖如下圖。

（二）電力系統(tǒng)基本知識

（三）PWM整流器四象限運行及控制

為簡化分析忽略交流側(cè)電阻側(cè)電阻，當以電網(wǎng)電動勢為參考時，通過控制交流電壓矢量v即可實現(xiàn)PWM整流器的四象限運行。若假設(shè)I不變，因此VL=IX也固定不變，在這種情況下PWM整流器交流電壓矢量v端點運動軌跡構(gòu)成一個以Ix為半徑的圓，當電壓矢量短點位于軌跡A點時，電流矢量I滯后E 90°此時PWM整流器網(wǎng)測呈純電感特性，當位于B點時電流I與E平行同向，此時PWM整流器電網(wǎng)側(cè)呈正電阻特性，當位于c點時，電流I超前電電壓E 90°，此時PWM整流器電網(wǎng)側(cè)呈純電容性，當位于D點時，電流I與電流E平行反向，此時PWM整流器電網(wǎng)側(cè)呈負電阻特性。

設(shè)變流器首端電壓為Ut，電網(wǎng)電壓為E，換流器與交流電網(wǎng)之間有功傳輸為式（3），無功傳輸為式（4）

二、原因分析

水電機組勵磁系統(tǒng)調(diào)整的是機端電壓。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，直流經(jīng)逆變器逆變轉(zhuǎn)化為交流，然后升壓并網(wǎng)，沒有水輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)和轉(zhuǎn)子，逆變器無功調(diào)整控制類似充當了水輪發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)。逆變器交流出口側(cè)電壓類似于水輪發(fā)電機的機端電壓。

實際運行中，光伏未發(fā)電或者發(fā)電功率比較低時，光伏電站近端負荷從電網(wǎng)下網(wǎng)有功，根據(jù)式（1）運算得△U<0，逆變器出口電壓低于電網(wǎng)電壓，為滿足電網(wǎng)電壓要求，逆變器并網(wǎng)時向電網(wǎng)輸送感性功率。

光伏滿功率送出時，由于功率送出反向，根據(jù)式（1）運算得△U>0，光伏電站2在電網(wǎng)末端并網(wǎng)滿發(fā)時SVG不補償情況下110kV達123kV，逆變器出口電壓ut遠大于電網(wǎng)電壓E，為滿足光伏并網(wǎng)點電壓在合格范圍內(nèi)，AVC根據(jù)目標電壓值及電壓差值向SVG及逆變器發(fā)出指令，SVG及逆變器會調(diào)整無功進而調(diào)整光伏并網(wǎng)點電壓接近目標值電壓。光伏電站2，通過9kM并網(wǎng)線路并人B站，B站又經(jīng)200多公里線路并入主電網(wǎng)。光伏電站無功補償SVG設(shè)計時根據(jù)設(shè)計規(guī)程要求僅考慮并網(wǎng)線路的一半即4.5kM，而不會考慮B站并入主網(wǎng)的320多公里線路。

光伏滿發(fā)送出時就會出現(xiàn)SVG補償不足。為滿足目標電壓要求，SVG容量不足的情況下，逆變器吸收的無功量就會比較大。

光伏發(fā)電功率由0逐漸增大時，SVG及逆變器有向電網(wǎng)輸送感性無功逐漸變?yōu)閺碾娋W(wǎng)上吸收感性無功，功角由δ變大為δ如下圖所示。

變流器由發(fā)出感性無功變?yōu)槲崭行詿o功會使變流器出口電壓與電網(wǎng)電壓之間的相角δ增加。

在光伏并網(wǎng)運行過程中可以發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)振蕩一般發(fā)生在上午11時左右光伏出力逐漸增加至最大時，而下午16：00時光伏出力減少時從未發(fā)生過振蕩。

光伏電站1遇云層時，發(fā)電出力波動比較大，電網(wǎng)末端電壓波動比較大，SVG補償不足或者SVG調(diào)差誤差比較大時，光伏電站2逆變器檢測到的端電壓變化就會比較到大會導(dǎo)致變流器在吸收無功和發(fā)出無功之間頻繁波動，導(dǎo)致功角δ頻繁變化。 dδ/dt=w-1=2πf-1（6） 功角8變換時根據(jù)式（6）反應(yīng)在電網(wǎng)中是某一個頻次的頻率，該頻率跟控制回路的延時有關(guān)。

三、仿真分析

三、控制措施

（一）設(shè)計階段適當擴大無功補償SVG容量，恒定并網(wǎng)點電壓相當于縮短并網(wǎng)電氣距離，提高系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。

（二）弱電網(wǎng)接入時，光伏逆變器參數(shù)設(shè)計、調(diào)試階段要考慮并網(wǎng)的短路比。

（三）鎖相器回路引入相角補償，提高控制系統(tǒng)的阻尼。