光伏逆變系統(tǒng)閉環(huán)無功功率調(diào)節(jié)的研究

田康

【摘 要】根據(jù)光伏太陽能逆變器運(yùn)行控制特點(diǎn)和具有無功功率調(diào)節(jié)的能力，構(gòu)建了發(fā)電系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)墓夥娬緹o功控制策略，該方案在發(fā)電的同時(shí)利用太陽能逆變器本身自有無功功率調(diào)節(jié)的能力來作為無功補(bǔ)償設(shè)備的補(bǔ)充，以減少無功補(bǔ)償設(shè)備投入，根據(jù)電網(wǎng)需求的無功功率曲線關(guān)系來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)整個(gè)微電網(wǎng)的無功功率，該方案滿足系統(tǒng)無功需求的同時(shí)降低了電能損耗，增加了經(jīng)效益。

【關(guān)鍵詞】逆變器 閉環(huán) 無功功率調(diào)節(jié)

1 引言

隨著太陽能等新能源的不斷開發(fā)，新型發(fā)電并網(wǎng)方式不斷提出，太陽能發(fā)電系統(tǒng)受到越來越多的使用，但是電網(wǎng)的諧波污染也日益嚴(yán)重，由太陽能逆變器電路中非線性負(fù)載引起的諧波危害占很大的比例，以往為了解決電網(wǎng)無功和諧波電流的問題，通常都是由逆變器本身探測電網(wǎng)參數(shù)和調(diào)節(jié)PF值，但是多臺(tái)逆變器同時(shí)并網(wǎng)時(shí)，很難在電網(wǎng)輸出側(cè)達(dá)到實(shí)際的要求，因此本文提出使用一種新型的基于智能電表和外置控制器的無功功率調(diào)節(jié)方式。利用逆變器自身的無功調(diào)節(jié)功能為無功設(shè)備補(bǔ)償無功，輔助其實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和維持電網(wǎng)無功平衡。

2 系統(tǒng)組成及工作原理

閉環(huán)無功功率限止系統(tǒng)是由太陽能面板、逆變器、智能電表、負(fù)載、控制器等部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

變器的輸出與市電電網(wǎng)相連才能正常發(fā)電。監(jiān)控器、逆變器、智能電表三者形成閉環(huán)控制。逆變器產(chǎn)生的交流電先經(jīng)過電表輸送到電網(wǎng)，再經(jīng)過內(nèi)部負(fù)載消耗，監(jiān)控器通過RS485通信線采集逆變器和智能電表的數(shù)據(jù)，監(jiān)控器根據(jù)電表反饋的數(shù)據(jù)控制逆變器的無功功率調(diào)節(jié)。

3 控制類型

目前閉環(huán)調(diào)節(jié)，在實(shí)際需求中有以下幾種無功功率調(diào)節(jié)方式：固定的PF值調(diào)節(jié)，兩點(diǎn)或更多點(diǎn)的曲線PF值調(diào)節(jié)，固定Q值調(diào)節(jié)，兩點(diǎn)或更多點(diǎn)的曲線Q值調(diào)節(jié)。圖2畫出了兩點(diǎn)和四點(diǎn)PF及Q曲線調(diào)節(jié)的示意圖。

固定PF值或Q值調(diào)節(jié)只能限止到一個(gè)點(diǎn)的值，兩點(diǎn)及多點(diǎn)調(diào)節(jié)可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)情況實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)動(dòng)態(tài)PF值或Q值的調(diào)節(jié)，更加符合實(shí)際需求。根據(jù)以上調(diào)節(jié)方式就會(huì)要求逆變器支持每一種無功功率調(diào)節(jié)方式，隨著調(diào)節(jié)點(diǎn)或調(diào)節(jié)方式的增加就要求逆變器增加調(diào)節(jié)方式的增加，不利于逆變器的軟件更新，可能導(dǎo)致舊逆變器不支持新法規(guī)而不能再被使用，采用閉環(huán)調(diào)節(jié)，由控制器發(fā)送固定PF調(diào)節(jié)指令給逆變器，簡化了逆變器調(diào)節(jié)方式，減少了諧波對(duì)電網(wǎng)的干擾。

4 調(diào)節(jié)算法及過程方法

在Cos-P/Pn曲線中，可以得到公式1的算法，P是微電網(wǎng)中所有逆變器的額定有功功率，Pn是當(dāng)前向電網(wǎng)輸出的有功功率，A、B（C、D）點(diǎn)的值是用戶手動(dòng)設(shè)置值，K為根據(jù)A、B兩點(diǎn)算出的斜率。

在Cos-P/Pn曲線中只有Pn是實(shí)時(shí)變化的，根據(jù)P/Pn的值就可以實(shí)時(shí)計(jì)算出COS（PF）值和相位，這樣就可以把兩點(diǎn)曲線Cos-P/Pn調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化成固定PF值調(diào)節(jié)。對(duì)于四點(diǎn)或是更多點(diǎn)可以把點(diǎn)與點(diǎn)之間的關(guān)系轉(zhuǎn)化成兩點(diǎn)曲線處理，就可以根據(jù)公式1算出實(shí)時(shí)的PF值。

對(duì)于多點(diǎn)Q-U/Un曲線，同樣A、B（C、D）是手動(dòng)設(shè)置值，由于Un的變化引起Q值的變，同理以公式1的方式可以計(jì)算出實(shí)時(shí)的Q值，再根據(jù)公式2，就可以把實(shí)時(shí)的Q值轉(zhuǎn)換成實(shí)時(shí)的PF值。

在實(shí)際應(yīng)用中由監(jiān)控器采集智能電表數(shù)據(jù)，獲取當(dāng)前電網(wǎng)側(cè)的實(shí)際PF值，把理論P(yáng)F值與實(shí)際PF值作對(duì)比，當(dāng)兩者的值不一致時(shí)就自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)送值，直到理論P(yáng)F值與實(shí)際PF值相同或在誤差范圍內(nèi)。

為了保證無功功率的實(shí)時(shí)性，快速響應(yīng)性，減少監(jiān)控器因過多發(fā)送無功功率調(diào)節(jié)指令而影響監(jiān)控對(duì)逆變器數(shù)據(jù)采集的性能，需要對(duì)當(dāng)前監(jiān)控器總線的所有逆變器作固定PF值調(diào)節(jié)，所以選用廣播的形式發(fā)送PF值。

5 結(jié)語

逆變器只需要支持固定PF調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)多種曲線方式的無功功率調(diào)節(jié)，簡化逆變器無功功率調(diào)節(jié)方式；智能電表采集到的PF值是整個(gè)輸出電網(wǎng)側(cè)的PF值，用此PF值參與閉環(huán)的運(yùn)算，更加符合實(shí)際的要求。

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