光伏逆变系统闭环无功功率调节的研究

田康

【摘 要】根据光伏太阳能逆变器运行控制特点和具有无功功率调节的能力，构建了发电系统无功补偿的光伏电站无功控制策略，该方案在发电的同时利用太阳能逆变器本身自有无功功率调节的能力来作为无功补偿设备的补充，以减少无功补偿设备投入，根据电网需求的无功功率曲线关系来实时调节整个微电网的无功功率，该方案满足系统无功需求的同时降低了电能损耗，增加了经效益。

【关键词】逆变器 闭环 无功功率调节

1 引言

随着太阳能等新能源的不断开发，新型发电并网方式不断提出，太阳能发电系统受到越来越多的使用，但是电网的谐波污染也日益严重，由太阳能逆变器电路中非线性负载引起的谐波危害占很大的比例，以往为了解决电网无功和谐波电流的问题，通常都是由逆变器本身探测电网参数和调节PF值，但是多台逆变器同时并网时，很难在电网输出侧达到实际的要求，因此本文提出使用一种新型的基于智能电表和外置控制器的无功功率调节方式。利用逆变器自身的无功调节功能为无功设备补偿无功，辅助其实现系统电压稳定和维持电网无功平衡。

2 系统组成及工作原理

闭环无功功率限止系统是由太阳能面板、逆变器、智能电表、负载、控制器等部分组成，系统结构如图1。

变器的输出与市电电网相连才能正常发电。监控器、逆变器、智能电表三者形成闭环控制。逆变器产生的交流电先经过电表输送到电网，再经过内部负载消耗，监控器通过RS485通信线采集逆变器和智能电表的数据，监控器根据电表反馈的数据控制逆变器的无功功率调节。

3 控制类型

目前闭环调节，在实际需求中有以下几种无功功率调节方式：固定的PF值調节，两点或更多点的曲线PF值调节，固定Q值调节，两点或更多点的曲线Q值调节。图2画出了两点和四点PF及Q曲线调节的示意图。

固定PF值或Q值调节只能限止到一个点的值，两点及多点调节可以根据实现情况实现多点动态PF值或Q值的调节，更加符合实际需求。根据以上调节方式就会要求逆变器支持每一种无功功率调节方式，随着调节点或调节方式的增加就要求逆变器增加调节方式的增加，不利于逆变器的软件更新，可能导致旧逆变器不支持新法规而不能再被使用，采用闭环调节，由控制器发送固定PF调节指令给逆变器，简化了逆变器调节方式，减少了谐波对电网的干扰。

4 调节算法及过程方法

在Cos-P/Pn曲线中，可以得到公式1的算法，P是微电网中所有逆变器的额定有功功率，Pn是当前向电网输出的有功功率，A、B（C、D）点的值是用户手动设置值，K为根据A、B两点算出的斜率。

在Cos-P/Pn曲线中只有Pn是实时变化的，根据P/Pn的值就可以实时计算出COS（PF）值和相位，这样就可以把两点曲线Cos-P/Pn调节转化成固定PF值调节。对于四点或是更多点可以把点与点之间的关系转化成两点曲线处理，就可以根据公式1算出实时的PF值。

对于多点Q-U/Un曲线，同样A、B（C、D）是手动设置值，由于Un的变化引起Q值的变，同理以公式1的方式可以计算出实时的Q值，再根据公式2，就可以把实时的Q值转换成实时的PF值。

在实际应用中由监控器采集智能电表数据，获取当前电网侧的实际PF值，把理论PF值与实际PF值作对比，当两者的值不一致时就自动调节发送值，直到理论PF值与实际PF值相同或在误差范围内。

为了保证无功功率的实时性，快速响应性，减少监控器因过多发送无功功率调节指令而影响监控对逆变器数据采集的性能，需要对当前监控器总线的所有逆变器作固定PF值调节，所以选用广播的形式发送PF值。

5 结语

逆变器只需要支持固定PF调节即可实现多种曲线方式的无功功率调节，简化逆变器无功功率调节方式；智能电表采集到的PF值是整个输出电网侧的PF值，用此PF值参与闭环的运算，更加符合实际的要求。

参考文献：

[1]张强，刘建政，李国杰.单相光伏并网逆变器瞬时电流检测与补偿控制[J].电力系统自动化，2007，（10）：50-54.

[2]张超，何湘宁.一种用于染色体发电系统的新型高频逆变器[J].电力系统自动化，2005，29（19）：51-53.