CN103346584A - 光伏并网系统及功率补偿方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种光伏并网系统，包括多台光伏逆变器及电压侦测单元，其中：所述多台光伏逆变器的输出端经由同一变压器连接到并网节点且每一光伏逆变器包括功率补偿单元；所述电压侦测单元，用于侦测并网节点电压；所述功率补偿单元，用于根据所述并网节点电压调整光伏逆变器的输出功率以使所述并网节点电压保持在光伏逆变器正常运行的电压范围内。本发明还提供一种对应的功率补偿方法。本发明通过光伏逆变器在并网节点电压过高或者过低时进行有功或者无功调节，以抬升或者降低并网节点电压，可延长光伏逆变器运行时间，提高整个系统的发电量。

Description

光伏并网系统及功率补偿方法
技术领域
本发明涉及光伏并网发电领域，更具体地说，涉及一种光伏并网系统及功率补偿方法。
背景技术
太阳能是一种清洁的可再生能源，越来越受到人们的青睐。太阳能光伏并网发电系统是目前使用较为广泛的光伏发电系统之一，其将光伏阵列产生的直流电经过并网逆变器转换成符合市电电网要求的交流电之后直接接入市电网络。
由于光伏并网发电系统直接将电能输入电网，不再配置蓄电池，省掉了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用太阳能电池板所发的电力，从而减小能量的损耗，并降低系统的成本。
在光伏并网发电系统中，通过多台大容量并网逆变器接入配网的终端或馈线末端，将光伏系统产生的能量输往配电网络。然而，由于存在反向的潮流，光伏系统产生的电流通过馈线阻抗产生的压降将使负荷侧电压比变电站侧高，从而可能使得负荷侧电压越限。另外，光伏系统输出电流的变化也会引起电压波动，而同一区域的光伏发电功率受光照变化的影响具有一致性，这将加剧电压的波动。从而使光伏并网发电系统的并网节点的电网偏离正常的电压范围，并导致光伏逆变器报电网故障停机。
现有的光伏逆变器仅负责尽可能多的向电网馈送能量，对于多台光伏逆变器电站并网时，无法处理自身并网发电对于所处配电网的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述光伏逆变系统中多台逆变器向电网馈送能量时影响电网系统电压的问题，提供一种光伏逆变器系统及功率补偿方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种光伏并网系统，包括多台光伏逆变器及电压侦测单元，其中：所述多台光伏逆变器的输出端经由同一变压器连接到并网节点且每一光伏逆变器包括功率补偿单元；所述电压侦测单元，用于侦测并网节点电压；所述功率补偿单元，用于根据所述并网节点电压调整光伏逆变器的输出功率以使所述并网节点电压保持在光伏逆变器正常运行的电压范围内。
在本发明所述的光伏并网系统中，所述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到高压配电系统，所述功率补偿单元包括第一补偿子单元、第二补偿子单元，其中：所述第一补偿子单元在并网节点电压超过第一阈值时使所在光伏变频器输出容性无功功率以降低并网节点电压；所述第二补偿子单元在并网节点电压低于第二阈值时使所在光伏逆变器输出感性无功功率以抬高并网节点电压。
在本发明所述的光伏并网系统中，所述第一补偿子单元和第二补偿子单元使所在光伏逆变器输出的无功功率的值Q1=tgа×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，а为功率因数角。
在本发明所述的光伏并网系统中，所述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到低压配电系统，所述功率补偿单元包括第三补偿子单元，其中：所述第三补偿子单元在并网节点电压超过第三阈值时使所在光伏变频器降低输出有功功率以降低并网节点电压。
在本发明所述的光伏并网系统中，所述第三补偿子单元使所在光伏逆变器降低的有功率功率的值P1’=n×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，n大于0且小于1。
本发明还提供一种光伏并网系统功率补偿方法，所述光伏并网系统包括多台光伏逆变器且该多台光伏逆变器的输出端经由同一变压器连接到并网节点，该方法包括以下步骤：
（a）侦测并网节点电压；
（b）根据所述并网节点电压调整光伏逆变器的输出功率，以使所述并网节点电压保持在光伏逆变器正常运行的电压范围内。
在本发明所述的光伏并网系统功率补偿方法中，所述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到高压配电系统，所述步骤（b）包括：
在并网节点电压超过第一阈值时，使光伏变频器输出容性无功功率以降低并网节点电压；
在并网节点电压低于第二阈值时，使光伏逆变器输出感性无功功率以抬高并网节点电压。
在本发明所述的光伏并网系统功率补偿方法中，所述光伏逆变器输出的无功功率的值Q1=tgа×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，а为功率因数角。
在本发明所述的光伏并网系统功率补偿方法中，所述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到低压配电系统，步骤（b）包括：
在并网节点电压超过第三阈值时，光伏变频器降低输出有功功率以降低并网节点电压。
在本发明所述的光伏并网系统功率补偿方法中，所述光伏逆变器降低的有功率功率的的值P1’=n×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，n大于0且小于1。
本发明的光伏并网系统及功率补偿方法，通过光伏逆变器在并网节点电压过高或者过低时进行有功或者无功调节，以抬升或者降低并网节点电压，可延长光伏逆变器运行时间，提高整个系统的发电量。
附图说明
图1是本发明光伏并网系统应用环境的示意图。
图2是电网传输线潮流图。
图3是电网传输线向量图。
图4是本发明光伏并网系统实施例的示意图。
图5是本发明光伏并网系统功率补偿方法实施例的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，在光伏并网发电系统中，由多个太阳能电池板11、光伏逆变器12产生的能量分别经由滤波器13和同一变压器14馈向电网15。电网传输线潮流图和向量图如图2、3所显示，光伏并网系统的并网节点A至终端侧电网节点B之间的传输线路等效阻抗为Z=R+jX，其中R为电阻，X为电抗（包括感抗和容抗），j为变量且与具体的电网相关。
若电网传送的电流为I，则从并网节点A注入的潮流S=P+Qj可以表示为（其中P为有功功率，Q为无功功率）：
P = U 1 [ R ( U 1 - U 2 cos θ ) + U 2 X sin θ ] R 2 + X 2 - - - ( 1 )
Q = U 1 [ X ( U 1 - U 2 cos θ ) - U 2 R sin θ ] R 2 + X 2 - - - ( 2 )
其中U1为并网节点A处电压，U2为终端侧电网节点B处电压。
通常电网传输线路两端的功角差θ很小，即满足sinθ≈θ。对于我国的配电网络，分为高压配电网络和低压配电网络。在高压配电网络中，输电线路电抗远远大于电阻，即可认为R≈0，则式（1）、（2）可简化为
P ′ = U 1 U 2 θ X - - - ( 3 )
Q ′ = U 1 ( U 1 - U 2 ) X - - - ( 4 )
由式（3）、（4）可知，在高压配电网络中，无功功率对光伏并网系统输出端的电网节点（即并网节点）有较大的影响。
在低压配电网络中，输电线路电阻要远远大于电抗，即可以认为X≈0，则式（1）、（2）可简化为：
P ′ ′ = U 1 ( U 1 - U 2 ) R - - - ( 5 )
Q ′ ′ = - U 1 U 2 θ R - - - ( 6 )
由式（5）、（6）可知，在低压配电线路中，有功功率对光伏并网系统输出端的电网节点（即并网节点）有较大的影响。
如图4所示，是本发明光伏并网系统实施例的示意图。本实施例的光伏并网系统包括多台光伏逆变器12及电压侦测单元41，其中多台光伏逆变器12的输出端经由同一变压器14连接到并网节点且每一光伏逆变器12包括功率补偿单元121，电压侦测单元41的输出端连接到每一光伏逆变器的功率补偿单元121。
电压侦测单元41用于侦测并网节点电压，即光伏并网系统输出端的电网节点的电压。该电压侦测单元41可集成到光伏并网系统的系统控制模块。在实际应用中，上述电压侦测单元41也可集成到其中一个光伏逆变器12，或者在每一光伏逆变器12中集成一个电压侦测单元41。
功率补偿单元121用于根据电压侦测单元41测得的并网节点电压，调整该功率补偿单元121所在的光伏逆变器12的输出功率（通过调整输出电流），以使并网节点电压保持在该光伏逆变器12正常运行的电压范围内。
具体地，当光伏并网系统应用于高压配电系统时（即多台光伏逆变器12的输出端经由变压器14连接到高压配电系统），则上述功率补偿单元121包括第一补偿子单元和第二补偿子单元，其中第一补偿子单元在并网节点电压超过第一阈值（该第一阈值的具体值可根据光伏逆变器的工作参数设置，例如可以为光伏逆变器过压门限的90%）时使所在光伏变频器12输出容性无功功率（通过调整虚部电流输出）以降低并网节点电压，并在并网节点电压恢复后停止补偿输出；第二补偿子单元在并网节点电压低于第二阈值时（该第二阈值的具体值可根据光伏逆变器的工作参数设置，例如可以为光伏逆变器欠压门限的90%）使所在光伏逆变器12输出感性无功功率（通过调整虚部电流输出）以抬高并网节点电压，并在并网节点电压恢复后停止补偿输出。
特别地，上述第一补偿子单元和第二补偿子单元使所在光伏逆变器12输出的无功功率的值Q1=tgа×P1，其中P1为该光伏逆变器12输出的有功功率，а为功率因数角（即有功功率和视在功率的夹角），并可根据光伏逆变器自身的参数进行设置。在实际使用中，第一补偿单元和第二补偿单元输出的无功功率也可通过其他方式计算，只要保证光伏逆变器输出调整后，并网节点电压处于光伏逆变器12允许运行的电压范围内。
当光伏并网系统应用于低压配电系统时（即多台光伏逆变器12的输出端经由变压器14连接到低压配电系统），则上述功率补偿单元121包括第三补偿子单元，该第三补偿子单元在并网节点电压超过第三阈值时（该第三阈值的具体值可根据光伏逆变器的工作参数设置，例如可以为光伏逆变器过压门限的90%）使所在光伏变频器12降低输出的有功功率以降低并网节点电压，并在并网节点电压恢复后停止补偿输出。
特别地，在并网节点电压超过第三阈值时，上述第三补偿子单元使所在光伏逆变器12降低的有功率功率的值P1’=n×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，n大于0且小于1，并可根据光伏逆变器自身的参数进行设置。在实际使用中，第三补偿子单元降低输出的有功功率的值也可通过其他方式计算，只要保证光伏逆变器输出调整后，并网节点电压处于光伏逆变器12允许运行的电压范围内。
如图5所示，是本发明光伏并网系统功率补偿方法实施例的流程示意图。本实施例中的光伏并网系统包括多台光伏逆变器且该多台光伏逆变器的输出端经由同一变压器连接到并网节点，该方法包括以下步骤：
步骤S51：侦测并网节点电压，即光伏并网系统输出端的电网节点的电压。该步骤可由光伏并网系统的系统控制模块执行，也可由其中一个光伏逆变器执行后发送到所有光伏逆变器，或者由每一光伏逆变器单独执行。
步骤S52：每一光伏逆变器根据步骤S51中测得的并网节点电压，调整各自的输出功率（通过调整输出电流），以使并网节点电压保持在该光伏逆变器正常运行的电压范围内。
具体地，当上述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到高压配电系统时，步骤S52可包括：在并网节点电压超过第一阈值时（该第一阈值的具体值可根据光伏逆变器的工作参数设置，例如可以为光伏逆变器过压门限的90%），使光伏变频器输出容性无功功率以降低并网节点电压；在并网节点电压低于第二阈值时（该第二阈值的具体值可根据光伏逆变器的工作参数设置，例如可以为光伏逆变器欠压门限的90%），使光伏逆变器输出感性无功功率以抬高并网节点电压。特别地，上述光伏逆变器输出的无功功率的值Q1=tgа×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，а为功率因数角。在实际使用中，上述输出的无功功率也可通过其他方式计算，只要保证光伏逆变器输出调整后，并网节点电压处于光伏逆变器允许运行的电压范围内。
当多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到低压配电系统时，上述步骤S52可包括：在并网节点电压超过第三阈值时（该第三阈值的具体值可根据光伏逆变器的工作参数设置，例如可以为光伏逆变器过压门限的90%），光伏变频器降低输出有功功率以降低并网节点电压。特别地，该光伏逆变器降低的有功率功率的的值P1’=n×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，n大于0且小于1。在实际使用中，上述调整的有功功率也可通过其他方式计算，只要保证光伏逆变器输出调整后，并网节点电压处于光伏逆变器允许运行的电压范围内。
本发明采用功率自动补偿技术，在光伏并网系统的并网节点电压过高或者过低时，自动调节有功或者无功输出，降低或者抬升并网节点电压，保证光伏并网系统中的光伏逆变器不脱网，从而提高整个系统的发电量。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光伏并网系统，其特征在于：包括多台光伏逆变器及电压侦测单元，其中：所述多台光伏逆变器的输出端经由同一变压器连接到并网节点且每一光伏逆变器包括功率补偿单元；所述电压侦测单元，用于侦测并网节点电压；所述功率补偿单元，用于根据所述并网节点电压调整光伏逆变器的输出功率以使所述并网节点电压保持在光伏逆变器正常运行的电压范围内。
2.根据权利要求1所述的光伏并网系统，其特征在于：所述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到高压配电系统，所述功率补偿单元包括第一补偿子单元、第二补偿子单元，其中：所述第一补偿子单元在并网节点电压超过第一阈值时使所在光伏变频器输出容性无功功率以降低并网节点电压；所述第二补偿子单元在并网节点电压低于第二阈值时使所在光伏逆变器输出感性无功功率以抬高并网节点电压。
3.根据权利要求2所述的光伏并网系统，其特征在于：所述第一补偿子单元和第二补偿子单元使所在光伏逆变器输出的无功功率的值Q1=tgа×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，а为功率因数角。
4.根据权利要求1所述的光伏并网系统，其特征在于：所述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到低压配电系统，所述功率补偿单元包括第三补偿子单元，其中：所述第三补偿子单元在并网节点电压超过第三阈值时使所在光伏变频器降低输出有功功率以降低并网节点电压。
5.根据权利要求4所述的光伏并网系统，其特征在于：所述第三补偿子单元使所在光伏逆变器降低的有功率功率的值P1’=n×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，n大于0且小于1。
6.一种光伏并网系统功率补偿方法，所述光伏并网系统包括多台光伏逆变器且该多台光伏逆变器的输出端经由同一变压器连接到并网节点，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（a）侦测并网节点电压；
（b）根据所述并网节点电压调整光伏逆变器的输出功率，以使所述并网节点电压保持在光伏逆变器正常运行的电压范围内。
7.根据权利要求6所述的光伏并网系统功率补偿方法，其特征在于：所述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到高压配电系统，所述步骤（b）包括：
在并网节点电压超过第一阈值时，使光伏变频器输出容性无功功率以降低并网节点电压；
在并网节点电压低于第二阈值时，使光伏逆变器输出感性无功功率以抬高并网节点电压。
8.根据权利要求7所述的光伏并网系统功率补偿方法，其特征在于：所述光伏逆变器输出的无功功率的值Q1=tgа×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，а为功率因数角。
9.根据权利要求6所述的光伏并网系统功率补偿方法，其特征在于：所述多台光伏逆变器的输出端经由变压器连接到低压配电系统，步骤（b）包括：
在并网节点电压超过第三阈值时，光伏变频器降低输出有功功率以降低以网节点电压。
10.根据权利要求9所述的光伏并网系统功率补偿方法，其特征在于：所述光伏逆变器降低的有功率功率的的值P1’=n×P1，其中P1为该光伏逆变器输出的有功功率，n大于0且小于1。
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