一種考慮無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度的光伏電站無功電壓控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種考慮無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度的光伏電站無功電壓控制方法，屬于電力系統(tǒng)自動化技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明根據(jù)光伏電站運行實時監(jiān)控平臺獲取并網(wǎng)點電壓信息，利用集電系統(tǒng)參數(shù)計算光伏電站內(nèi)無功功率需求，結(jié)合光伏并網(wǎng)逆變器安全穩(wěn)定運行指標計算其無功輸出調(diào)節(jié)范圍，根據(jù)無功偏差信號和并網(wǎng)點電壓偏差信號計算無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度等指標信息，并根據(jù)無功需求量、無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度，確定各并網(wǎng)逆變器的無功輸出量，必要時啟動并網(wǎng)點變壓器低壓側(cè)動態(tài)無功補償裝置SVG。本發(fā)明方法可有效改善并網(wǎng)點電壓水平和降低光伏電站集電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗，為大型光伏電站無功電壓控制策略提供了理論指導。
【專利說明】
-種考慮無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度的光伏電站無功 電壓控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動化技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，本發(fā)明設(shè)及一種考慮無功電壓 靈敏度和無功損耗靈敏度的光伏電站無功電壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著光伏發(fā)電成本越來越低W及發(fā)電效率的提高，太陽能資源在我國西北地區(qū)得 到了很有效的利用。光伏電站作為最具規(guī)?；_發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源，受到越來 越廣泛的重視。
[0003] 對于小容量光伏發(fā)電系統(tǒng)或分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，目前的研究集中于最大有功功 率輸出為最大目標，忽略了很多影響安全穩(wěn)定運行的因素。隨著光伏電站的規(guī)模越來越大， 由幾十甚至上百MW級，其安全穩(wěn)定運行的指標特征已全然不同于小容量光伏并網(wǎng)系統(tǒng)，尤 其是光伏電站并網(wǎng)的無功電壓問題。光伏電站外部光照強度、溫度W及并網(wǎng)容量的改變都 會引起并網(wǎng)點電壓的波動甚至越限，因此有必要對光伏電站的并網(wǎng)電壓穩(wěn)定性進行深入的 分析。
[0004] 目前，針對大型集中光伏電站并網(wǎng)無功電壓問題研究較少，我國的一些標準也只 是給了一些簡單的規(guī)定。而在目前的示范工程中，對于無功引起的電壓波動等問題都是從 外部添加大量的無功補償設(shè)備，雖然能夠有效抑制電壓波動問題，但是沒有充分挖掘并網(wǎng) 逆變器自身的無功潛力W及帶來了較大的成本投資，不具備高效經(jīng)濟性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明目的是:針對光伏電站無功功率而引起的并網(wǎng)點電壓波動問題，提出一種 考慮無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度的光伏電站無功電壓控制方法，從而有效保證光伏 電站的并網(wǎng)運行。
[0006] 具體地說，本發(fā)明是采用W下技術(shù)方案實現(xiàn)的，包括W下步驟：
[0007] 1)根據(jù)光伏電站集控運行平臺獲取并網(wǎng)點電壓和有功出力信息，計算系統(tǒng)無功需 求A Q和各并網(wǎng)逆變器的無功調(diào)節(jié)范圍Qmax~Qmin;
[000引2)比較A Q和Qmax的大小，若Qmax不小于A Q，表明逆變器無功輸出之和能夠滿足系 統(tǒng)的需求，無需啟動SVG，進入步驟3)根據(jù)無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度分配每一臺并 網(wǎng)逆變的無功輸出；
[0009] 若Qmax< A Q，表明逆變器無功輸出之和不能夠滿足系統(tǒng)的需求，則啟動SVG，各并網(wǎng) 逆變器輸出最大無功功率，SVG承擔余下的無功功率；
[0010] 3)判斷系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓是否滿足要求，若滿足要求，則根據(jù)光伏電站無功損耗靈 敏度制定并網(wǎng)逆變器無功輸出順序，若不滿足要求，則根據(jù)無功電壓靈敏度制定并網(wǎng)逆變 器無功輸出順序；
[0011] 所述無功損耗靈敏度是指光伏電站集電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗對節(jié)點注入無功功率的靈 敏度，所述無功電壓靈敏度是指并網(wǎng)逆變器輸出的無功功率引起并網(wǎng)點電壓變化的靈敏 度，通過W下方式計算:根據(jù)光伏電站集電系統(tǒng)等效電路模型，求出系統(tǒng)的有功功率損耗， 列出集電系統(tǒng)的潮流約束條件，結(jié)合集電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗和潮流約束方程推導出集電系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)損耗對各節(jié)點系統(tǒng)的靈敏度，得到所述無功損耗靈敏度，并利用牛頓-拉夫遜方法求解 潮流約束方程，得到系統(tǒng)注入功率和節(jié)點電壓及相角的關(guān)系，從而得到所述無功電壓靈敏 度。
[0012] 本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明充分利用了大型光伏電站內(nèi)各光伏發(fā)電單元的無 功輸出能力，能夠根據(jù)各節(jié)點的無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度有效分配各光伏并網(wǎng)逆 變器的無功出力，有效增強系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和提高經(jīng)濟性。能夠減少動態(tài)無功補償裝置SVG 的投資，降低其無功出力，保留較多的無功裕度，從而有效保證光伏電站的并網(wǎng)運行。
【附圖說明】
[0013] 圖1是光伏電站集電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0014] 圖2是單臺光伏并網(wǎng)逆變器結(jié)構(gòu)圖。
[0015] 圖3是本發(fā)明實施例的無功分配方案流程圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結(jié)合實施例并參照附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0017]實施例1:
[0018] 光伏電站由模塊化的光伏陣列模塊構(gòu)成，典型的光伏陣列模塊功率等級較高。當 光伏電站系統(tǒng)的裝機容量達到幾十兆瓦時，需要集電系統(tǒng)連接光伏陣列模塊形成大型的光 伏電站，其典型的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
[0019] 由圖1可知，光伏電站集電系統(tǒng)由m行光伏發(fā)電群，每行又有n臺光伏發(fā)電單元組 成，其中Zi是主變低壓側(cè)到電網(wǎng)系統(tǒng)的等效阻抗，Z是各PV發(fā)電單元之間的等效阻抗，Zli是 首端光伏發(fā)電單元到主變低壓側(cè)的等效阻抗，Zt是機箱變等值阻抗，Uri是第j行第i臺光伏 發(fā)電單元的機箱變高壓側(cè)的電壓，Ug為系統(tǒng)電壓，Uv為主變壓器低壓側(cè)的電壓。
[0020] 而每一個光伏陣列的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，其中b為逆變器側(cè)電感，L2為網(wǎng)側(cè)電感， C為濾波電容;Udc為逆變器輸入直流電壓;Ula、Ulb、Ulc為逆變器立相輸出電壓;Uca、Ucb、Ucc為 立相濾波電容端電壓;Ea、Eb、Ec為并網(wǎng)點相對電網(wǎng)立相電壓；Ila、Ilb、Ilc為流過電感^的立 相電流;Ica、Icb、Icc為流過電容0的；相電流;I2a、l2b、l2c為流過電感12的；相電流。忽略了1^1 和L2的等效串聯(lián)電阻W及濾波電容C的阻尼電阻。
[0021] 為保證逆變器電力電子器件的運行安全，允許的最大電流留有較大的域度為額定 電流In有效值的10%，可得無功約束條件為：
[0022]
0)
[0023] 其中，P是各臺光伏并網(wǎng)逆變器輸出的有功功率，Q是各臺光伏并網(wǎng)逆變器輸出的 無功功率，Imax為最大運行電流幅值，其值支
[0024] 同時，又為保證逆變器SPmi控制的有效性和輸出電壓的波形質(zhì)量，調(diào)制比取最大
[0025] 值I時.瓦浩韋功約巧簽化責.
[0026]
[0027]
[002引
[0029] 式中CO是逆變器輸出基波角頻率，L = ^+L2為濾波電感之和。
[0030] 光伏電站無功需求A Q可根據(jù)光伏電站集控運行平臺實時監(jiān)測的并網(wǎng)點電壓和光 伏并網(wǎng)逆變器有功出力確定。
[0031] 無功損耗靈敏度是指光伏電站集電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗對節(jié)點注入無功功率的靈敏度， 所述無功電壓靈敏度是指并網(wǎng)逆變器輸出的無功功率引起并網(wǎng)點電壓變化的靈敏度，通過 W下方式計算:根據(jù)光伏電站集電系統(tǒng)等效電路模型，求出系統(tǒng)的有功功率損耗，列出集電 系統(tǒng)的潮流約束條件，結(jié)合集電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗和潮流約束方程推導出集電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗 對各節(jié)點系統(tǒng)的靈敏度，得到所述無功損耗靈敏度，并利用牛頓-拉夫遜方法求解潮流約束 方程，得到系統(tǒng)注入功率和節(jié)點電壓及相角的關(guān)系，從而得到所述無功電壓靈敏度。
[0032] 具體而言，令光伏電站的總結(jié)點數(shù)為k，則集電系統(tǒng)的網(wǎng)損為：
[0033]
[0034] 式中PiDSS是集電系統(tǒng)的網(wǎng)損，Ui、U堤節(jié)點i和節(jié)點j的電壓;Su是節(jié)點i和節(jié)點j的 相位差。由于光伏并網(wǎng)逆變器一般采用恒功率因素控制，當做PQ節(jié)點，則其潮流約束方程 為：
[0035]
[0036] 其中，Pi、Qi為節(jié)點地入的有功和無功功率。
[0037] 根據(jù)集電系統(tǒng)網(wǎng)損和潮流約束方程可得出集電系統(tǒng)網(wǎng)損對節(jié)點功率變化的靈敏 度為：
[00；3 引
[0039]則無功損耗靈敏度為：
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045] 即可求得無功電壓靈敏度。其中Pv、Qv、Sv分別是并網(wǎng)點的有功功率、無功功率和相 角。
[0046] 本實施例無功電壓控制方法的具體控制過程如下：
[0047] 1)根據(jù)光伏電站集控運行平臺獲取并網(wǎng)點電壓和有功出力信息，計算系統(tǒng)無功需 求A Q和各并網(wǎng)逆變器的無功調(diào)節(jié)范圍Qmax~Qmin;
[004引2)比較A Q和Qmax的大小，若Qmax不小于A Q，表明逆變器無功輸出之和能夠滿足系 統(tǒng)的需求，無需啟動SVG，進入步驟3)根據(jù)無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度分配每一臺并 網(wǎng)逆變的無功輸出；
[0049] 若Qmax< AQ,表明逆變器無功輸出之和不能夠滿足系統(tǒng)的需求，則啟動SVG，各并網(wǎng) 逆變器輸出最大無功功率，SVG承擔余下的無功功率；
[0050] 3)判斷系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓是否滿足要求，若滿足要求，則根據(jù)光伏電站無功損耗靈 敏度制定并網(wǎng)逆變器無功輸出順序，若不滿足要求，則根據(jù)無功電壓靈敏度制定并網(wǎng)逆變 器無功輸出順序。
[0051] 可見，本實施例根據(jù)光伏電站運行實時監(jiān)控平臺獲取并網(wǎng)點電壓信息，利用集電 系統(tǒng)參數(shù)計算光伏電站內(nèi)無功功率需求，結(jié)合光伏并網(wǎng)逆變器安全穩(wěn)定運行指標計算其無 功輸出調(diào)節(jié)范圍，根據(jù)無功偏差信號和并網(wǎng)點電壓偏差信號計算無功電壓靈敏度和無功損 耗靈敏度等指標信息，并根據(jù)無功需求量、無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度，確定各并網(wǎng) 逆變器的無功輸出量，必要時啟動并網(wǎng)點變壓器低壓側(cè)動態(tài)無功補償裝置SVG。本實施例可 有效改善并網(wǎng)點電壓水平和降低光伏電站集電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗，為大型光伏電站無功電壓控 制策略提供了理論指導。
[0052] 雖然本發(fā)明已W較佳實施例公開如上，但實施例并不是用來限定本發(fā)明的。在不 脫離本發(fā)明之精神和范圍內(nèi)，所做的任何等效變化或潤飾，同樣屬于本發(fā)明之保護范圍。因 此本發(fā)明的保護范圍應當W本申請的權(quán)利要求所界定的內(nèi)容為標準。
【主權(quán)項】
1. 一種考慮無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度的光伏電站無功電壓控制方法，其特征 在于，包括以下步驟： 1) 根據(jù)光伏電站集控運行平臺獲取并網(wǎng)點電壓和有功出力信息，計算系統(tǒng)無功需求A Q和各并網(wǎng)逆變器的無功調(diào)節(jié)范圍Qmax~ Qmin; 2) 比較△ Q和Qmax的大小，若Qmax不小于△ Q，表明逆變器無功輸出之和能夠滿足系統(tǒng)的 需求，無需啟動SVG，進入步驟3)根據(jù)無功電壓靈敏度和無功損耗靈敏度分配每一臺并網(wǎng)逆 變的無功輸出； 若Qmax〈 △ Q，表明逆變器無功輸出之和不能夠滿足系統(tǒng)的需求，則啟動SVG，各并網(wǎng)逆變 器輸出最大無功功率，SVG承擔余下的無功功率； 3) 判斷系統(tǒng)并網(wǎng)點電壓是否滿足要求，若滿足要求，則根據(jù)光伏電站無功損耗靈敏度 制定并網(wǎng)逆變器無功輸出順序，若不滿足要求，則根據(jù)無功電壓靈敏度制定并網(wǎng)逆變器無 功輸出順序； 所述無功損耗靈敏度是指光伏電站集電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗對節(jié)點注入無功功率的靈敏度， 所述無功電壓靈敏度是指并網(wǎng)逆變器輸出的無功功率引起并網(wǎng)點電壓變化的靈敏度，通過 以下方式計算:根據(jù)光伏電站集電系統(tǒng)等效電路模型，求出系統(tǒng)的有功功率損耗，列出集電 系統(tǒng)的潮流約束條件，結(jié)合集電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)損耗和潮流約束方程推導出集電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗 對各節(jié)點系統(tǒng)的靈敏度，得到所述無功損耗靈敏度，并利用牛頓-拉夫遜方法求解潮流約束 方程，得到系統(tǒng)注入功率和節(jié)點電壓及相角的關(guān)系，從而得到所述無功電壓靈敏度。
【文檔編號】H02J3/46GK106099942SQ201610506446
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月30日
【發(fā)明人】景乾明, 智勇, 拜潤卿, 梁福波, 陳仕彬, 李養(yǎng)俊, 邢延東, 祁瑩, 郝如海, 梁琛, 杜培東, 李曉虎, 康毅, 劉克權(quán), 邵沖, 劉宇偉, 陳勇, 楊海
【申請人】國網(wǎng)甘肅省電力公司電力科學研究院, 國網(wǎng)甘肅省電力公司, 國網(wǎng)甘肅省電力公司嘉峪關(guān)供電公司, 國家電網(wǎng)公司, 國電南瑞科技股份有限公司, 南京南瑞集團公司