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    • 頭條暫態不穩定:光伏電站為電網提供持續、穩定、安全供能的緊要問題
      2021-06-15 作者:余墨多 黃文燾 等  |  來源:《電工技術學報》  |  點擊率:
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      導語光伏電站作為一種解決能源危機的重要可再生能源應用受到全世界廣泛關注。光伏電站由于難以在并入電網后提供平衡電網頻率的慣性,在并網后存在暫態不穩定的風險。電力傳輸與功率變換控制教育部重點實驗室(上海交通大學)、國網江蘇省電力有限公司南京供電分公司的研究人員余墨多、黃文燾、邰能靈、馬洲俊、賀楊烊,在2020年《電工技術學報》增刊2上撰文,基于逆變電源暫態穩定性機理的研究,提出一種針對光伏電站的自適應暫態穩定控制方法。實驗結果證明自適應暫態穩定控制方法能夠有效提高光伏電站暫態穩定能力。

      自從1993年第一座光伏電站被建成,光伏電站在全世界范圍迅速發展。由于其環境友好特性與能量轉換效率,光伏電站成為了行之有效的太陽能應用形式。作為光伏發電的大規模應用之一,集中式光伏電站通常能夠自動調節,使其一直處于太陽能利用率最高的發電狀態。因此光伏電站的推廣能夠有效地優化能源結構,降低溫室效應與碳排放,實現對環境的保護。目前,光伏電站已成為太陽能轉換為電能的最主要實現形式。

      PQ控制是集中式光伏電站并網采用最多的控制方法,然而采用PQ控制的光伏電站自動調節能力差,難以與火電機組動態互補以提高電網穩定性。因此,下垂控制代替PQ控制以提高光伏電站自動調節能力逐漸成為主流。采用下垂控制的光伏電站能夠實現在與電網管理人員無通信的情況下自動調節輸出功率,保障并網穩定性。

      暫態不穩定:光伏電站為電網提供持續、穩定、安全供能的緊要問題

      圖1 光伏電站典型并網結構

      然而,傳統的下垂控制在面對暫態事件時,如電網故障、大規模負荷切停、電壓暫降,調節能力較差。由于下垂控制的暫態特性,當暫態事件發生時,采用下垂控制的光伏電站可能會進入功率振蕩的不穩定運行狀態。

      該種不穩定運行狀態被稱為暫態不穩定,它會導致光伏電站輸出功率周期性振蕩,與主電網異步運行,嚴重時甚至出現光伏電站脫網運行。光伏電站若要提高其暫態穩定性能,需要降低控制參數中的有功因子,提高無功因子,然而此種參數調整會降低光伏電站的靜態穩定性,因此光伏電站的暫態穩定難以得到有效保證。

      暫態不穩定除了導致光伏電站無法正常輸送電能外,還會對電網設備造成損傷。因此解決暫態不穩定問題成為保證光伏電站為電網持續、穩定、安全供能的當務之急。

      目前,針對逆變器型電源并網的暫態穩定問題已有大量研究?;谝陨戏治?,研究人員開始著手于增強光伏電站的暫態穩定能力。采用輔助設備是增強光伏電站暫態穩定能力最直接的手段。

      比如有學者基于減少右半平面極點數的思想,計算了能夠提高光伏電站穩定性的直流電容最小容值。有學者增加了直流電容容值,使得光伏電站具備一定慣性,并能減少暫態事件對光伏電站的電氣沖擊。以上方法能夠有效提高光伏電站暫態穩定能力,但是由于額外增加了設備或提高了設備要求,降低了光伏電站的經濟性。

      有學者則通過設計新的控制方法以實現光伏電站穩定性的提高,然而這些控制方法在面對暫態事件時適用性有限。有學者采用能量函數的方法計算了逆變器控制器的各項參數以提高暫態穩定運行能力,然而該方法只適用于單相逆變器,距離應用到光伏電站仍存在一定差距。有學者通過與電網管理人員通信,依據實時反饋調整下垂控制參數以實現暫態穩定能力的提高,該方法無法使光伏電站自適應地提高暫態穩定能力,且通信需要額外的模塊。

      上海交通大學、南京供電分公司的研究人員針對集中式光伏電站的暫態穩定性問題,分析光伏電站的暫態穩定機理,根據對暫態穩定機理的分析,得到有功下垂參數、無功下垂參數分別與暫態穩定能力呈負相關、正相關的結論。

      暫態不穩定:光伏電站為電網提供持續、穩定、安全供能的緊要問題

      圖2 光伏電站自適應暫態穩定控制系統

      基于該結論建立了下垂參數自適應調整方法;根據功角曲線的最大值與額定有功功率的比較,提出暫態事件檢測方法,為自適應暫態穩定控制增加了啟動模塊。通過建立仿真模型,驗證了與原始下垂控制相比,自適應暫態穩定控制能夠有效地調節下垂因子,并提高暫態穩定能力,使光伏電站暫態穩定。此外,在面對不同的暫態事件時,自適應暫態穩定控制均能有效保證光伏電站的暫態穩定性。

      暫態穩定性作為光伏電站運行的重要問題,需要得到有效、安全地解決,本文提出的自適應暫態穩定控制方法能夠有效解決暫態失穩問題。之后將關注利用光伏電站與電網進行良好互動,為電網暫態穩定性提供有效支撐。

      以上研究成果發表在2020年《電工技術學報》增刊2上,論文標題為“基于光伏電站暫態特性的自適應暫穩控制方法”,作者為余墨多、黃文燾 等。