刘潇
摘 要：徐大堡核电现场光伏采取自发自用余量上网的方式。在此种模式下，光伏电站并网可能会引起潮流改变，造成光伏发电站的并网点处电压升高。本文以此为出发点，根据现场供电方式建立了等效电路模型，推导出并网点电压与光伏电站输出功率、现场负荷、无功补偿容量之间的关系，以此结合实際情况选择静止无功发生器进行调压，验证了有效性的同时，计算出在极限情况下光伏系统输出功率的大小，为评估不同负荷下并网点电压偏移情况提供了参考。
关键词：电能质量 电压偏移 调压措施
中图分类号：TM93 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（b）-0043-03
随着大规模光伏电站并网运行，光伏发电容量所占系统总容量有所提高，对电力系统的影响也越来越大。传统的电力系统输配电电网设计为从发电单元到负荷的单向输电系统，大规模光伏电站并网运行，有可能引起潮流逆流等问题，导致光伏并网点电压升高或过电压[1]。电压升高会影响对负荷供电的电能质量，减少设备的使用寿命、造成损坏，甚至引起电力系统崩溃，造成大面积停电。因此，通过采取电压调节方法尽量减小电压升高，使其电压尽量接近额定电压，就显得尤为重要。
1 电压升高建模分析
1.1 现场运行模式
徐大堡10kV临时施工电源（核电线）于2010年12月正式投入运行，接入兴城市东辛庄变电站。电源线路总长度为13.022km，其中电缆长度为0.345km，架空线路长为12.677km，线路导线采用LJ-240铝绞线，单回供电。现场初期仅由这一条10kV核电线对主厂区及厂前区进行供电，后厂区内建设220kV电源及光伏电源，现场供电方式经过历次变迁，目前供电方式为：由220kV开关站向3个电气施工环网供电，保证主厂区施工活动用电；光伏发电一部分供应厂前区调试检修楼、检修食堂、检修公寓、宣展中心等用负荷用电，其余部分输送至电网。即光伏发电在保证满足厂前区用电需求的前提下，采取发电余量上网的方式。具体运行方式为：在白天，光伏发出的直流电经逆变器转换为315V交流电，后经过升压变压器送至10kV核电Ⅰ段母线，由10kV核电线Ⅱ段母线经#258号杆将电能送至电网，经#259号杆将电能送至动力站10kV母线，由此供应厂前区用电；夜晚，电网经过10kV核电线Ⅱ段母线反向送电至10kV动力站，供应厂前区负荷用电。供电情况如图1所示。
1.2 线路建模计算
对图1进行简化，可以得到现场光伏并未运行的戴维南等效电路，如图2所示。
图2中为电网电压，可以认为电网是一个无穷大系统，其电压幅值||基本恒定不变；为从并网点至东辛庄站10kV线路总阻抗，其中R为电阻分量，X为电抗分量，架空线路阻抗偏感性，P表示电网向负载方向传输的有功功率，Q为电网向负载输出的无功功率；为光伏接入电网点（point of common coupling，PCC点）的电压，PG及QG表示光伏电站向PCC点输送的功率[2]；PL与QL分别为厂前区负载的有功与无功功率；TC为在PCC点接入的无功补偿装置。根据图2可知，电网向PCC点方向传输的功率为：
根据公式（5）可以看出，由于线路阻抗的存在，当光伏电站向电网输送有功功率时会引起并网点电压U2值增加。在负荷较轻的情况下，电压升高的情况尤为严重，当其值超过我国GB 12325-2008《电能质量-供电电压允许偏差》中10kV系统电压偏差在额定值的±7%这一要求[3]，造成输配电线路和变压器等设备过载、加快老化，较少使用寿命，降低系统供电可靠性。
2 电压调节策略选择
2.1 调压方式
由于逆变器一般运行在恒定功率因数的情况下，目前电力系统主要的调压措施有改变变压器变比调压、利用无功补偿设备调压等。
改变变压器变比调压是根据改变变压器分接头的档位从而改变输出电压的一种方式，有无载调压变压器与有载调压变压器两种。利用无功补偿设备进行调压，是通过向电网提供无功电源，从而改变系统中无功功率分部的方式进行调压，可作为无功电源的有电容器、调相机、静止无功补偿器、静止无功发生器等。
2.2 比较与选择
无载调压价格便宜，但必须在变压器断开电源的情况下进行操作；有载调压可以在变压器带有负载时进行调压，调压范围较无载调压范围大，但价格较高，经济性差。以上两种方式根据分接头档位调节电压大小，不能连续调压，且当在系统电源无功不充足时，会造成系统无功缺额加大，造成系统电压水平进一步降低。因光伏发电是直流电源，不提供无功，尽量不采用以上调压方式。
无功补偿设备调压中，并联电容器通过减小传输的无功功率来提高负荷端电压，需要根据负荷的变化进行频繁的分组投入或切除操作，且因并联电容输出量与电压平方成正比[4]，电网电压降低，此种方式的调节能力也降低。与并联相对应的串联电容器，利用其自身电压降与线路压降相互抵偿，其优势在于调压作用随着负荷变化可以自动连续调整，但这种方式未改变输电线路上的无功输送容量，只提高了末端电压，提高了负荷的电压而造成负荷消耗无功增加，使线损增加，同时还会产生如铁磁谐振等异常现象，对设备造成损害，因此目前应用较少。
静止无功补偿器（SVC）是利用电容器和各类电抗器进行无功补偿的装置，可控的电抗器吸收感性无功，电容器发出容性无功。通过对电抗器进行调节，使整个装置平滑地从发出无功功率改变到吸收无功功率，并快速反应[5]。但补偿器自身会产生谐波，需要有配套的滤波器，增加了投入。静止无功发生器（SVG），采用可关断的IGBT组成桥式电路，经过电抗器并联至电网，通过调节桥式电路交流侧输出电压的幅值和相位，迅速吸收或发出所需的无功，实现快速动态调节。相较于SVC无功补偿装置，SVG具有运行范围大、谐波量小、连接电抗小、可控性好、调节速度快，这也是目前现场实际配置的无功补偿装置。
3 现场数据推导
根据《光伏发电站无功补偿技术规范要求》中规定光伏逆变器功率因数应在超前或滞后0.95范围内，由公式（5）（6）可以分析得出当现场负荷为0，光伏逆变器功率因数为0.95，SVG不提供补偿容量时，可以计算得出此时若向电网输送功率2374kW，PCC点电压此时为10.7kV，处于电压允许偏差的边缘。现场SVG容量为1000kVar，当其补偿780kVar时，PCC点电压为10.4kV，可见，通过SVG补偿部分无功，可有效调节PCC点的电压，改善电压质量。
4 结语
本文从光伏系统输送功率引起并网点电压升高这点出发，根据现场的供电方式建立了相应的等效电路模型，并以此推导出了并网点电压与光伏系统输送功率、现场负荷、无功补偿容量之间的数学关系，并根据现场情况进行了计算分析，结果表明，通过SVG装置进行无功补偿，可有效调节PCC点电压，改善电压质量。
参考文献
[1]黄欣科，王环，王一波，等.光伏发电系统并网点电压升高调节原理及策略[J].电力系统自动化，2014（3）：112-117.
[2]唐辉.大型光伏电站电能质量分析与治理方案研究[D].长沙：湖南大学，2013.
[3]GB/T 12325-2008，电能质量 供电电压允许偏差[S].
[4]王金峰.浅谈油田电网无功补偿技术现状及发展趋势[J].中国化工贸易，2015（34）：257.
[5]杨志刚.配电网中无功补偿技术的探讨[J].知识经济，2014（11）：91.endprint
