学术︱并网型光伏电站无功电压控制
输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、四川电力设计咨询有限责任公司研究人员周林、任伟等，在2015年第20期《电工技术学报》上撰文，为解决大规模光伏电站接入电网引起的并网点电压越限问题，增大光伏在电网中的渗透率，光伏电站应具备较灵活的无功调压能力向电网提供无功支撑。
为此，本文建立大规模光伏电站等效聚合模型，在光伏电站未配置无功补偿装置且逆变器无功输出为零的前提下，分析由于线路及变压器阻抗的存在，光伏接入降低电网电压稳定性的问题。
基于上述原因，本文从无功补偿装置与并网逆变器相互配合的角度，提出一种光伏电站三层无功功率控制策略。该策略协调无功补偿装置与光伏发电单元之间及单个光伏发电单元逆变器之间的无功输出。
在该控制策略下，光伏电站能更有效地调节电网电压，在维持电网电压在要求范围的前提下，电网有功、无功损耗最小。结合光伏阵列降功率运行策略，在光伏电站无功输出能力一定的前提下，确保电网的稳定运行。最后，通过算例验证该策略的正确性和有效性。
近年来，随着光伏系统成本的不断降低及光伏并网技术的成熟，大规模光伏发电越来越受到国际社会的青睐。大规模光伏电站一般建立在太阳能资源充沛的边远地区，相对中小型光伏系统，可更加集中地利用太阳能，且易于控制和管理并联逆变器[1]。
但是，随着光伏发电在电网电源中的比例不断增大，光伏电能需要远距离输送到负荷中心，光伏系统对电网电压稳定性产生不利影响。
文献[2]对光伏系统采用定功率控制，解决光伏接入引起的电网电压越限问题，但只能实现单向降出力运行。文献[3]通过储能装置，抑制光伏系统有功出力的波动对电网电压稳定性的影响，但需要额外的储能装置及复杂的控制技术。文献[4]采用静止无功补偿器动态供给无功功率，提高光伏电站电压稳定性，但大容量的无功补偿装置将增大系统成本。
连接光伏系统和电网的逆变器通过控制可实现有功、无功的解耦[5]，光伏电站宜充分利用逆变器的无功调节能力为电网提供电压支撑。随着光伏并网技术的成熟，光伏电站中标准逆变器将逐渐被智能逆变器取代[6]，如图1所示。
在智能逆变器控制下，即使光伏有功出力为额定容量，逆变器仍可以0.9功率因数并网，极大地提高了光伏电站无功控制能力。文献[7]分析表明，光伏发电在电网中的渗透率大于30%时，其调压能力可完全取代光伏电站中调压电容器。
国内对光伏并网的研究主要集中在单位功率因数并网[8,9]，对光伏逆变器的无功控制主要针对电网末梢负载的无功补偿，并不适合光伏电站的无功独立控制[10,11]。
德国电气工程师协会[12]在分布式光伏发电背景下提出4种逆变器无功控制策略：恒无功功率Q控制[13]、恒功率因数cos控制[13,14]、基于光伏有功出力的cos(P)控制[13]及基于并网点电压幅值的Q(U)控制策略[13,15]。其中，恒功率因数cos控制和基于光伏有功出力的cos(P)控制在某些条件下将增大电网损耗；基于并网点电压幅值的Q(U)控制策略，系统所有逆变器不能均衡参与电网电压调节，其调压能力较弱。
分布式光伏发电系统与光伏电站无功电压控制的区别在于：前者仅针对单个逆变器无功控制，而后者不仅需要协调多个逆变器之间的无功控制，且需要考虑无功补偿装置与逆变器之间协调控制。
本文分析输电线路参数对光伏电站并网电压稳定性的影响，采用三层无功功率控制策略对电网提供无功电压支撑，并在必要时对光伏阵列采用降功率控制。最后，通过仿真验证本文无功控制与电压支撑方法的正确性和可靠性。
图1 标准逆变器与智能逆变器的市场比例
结论
（1）光伏电站未配置无功补偿装置且并网逆变器无功输出为零时，随着光伏有功出力的增大，并网点电压呈先升后降的变化趋势；在恒电压控制模式下，为增大光伏电站无功调压能力，可在线路上串入静止同步补偿器，调节线路阻抗。
（2）对光伏电站采用三层无功控制策略可充分发挥电站无功电压支撑能力，减小电站内部功率损耗，提高电站调压能力，且可保证所有装置运行的可靠性。
（3）受光伏电站调压能力约束，应在必要时对光伏阵列采用降功率控制方式，以保证电网的稳定运行。
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