CN103944172A - 一种光伏电站无功电压控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏电站无功电压控制方法，属于电力系统控制技术领域。本发明的光伏电站无功电压控制方法，根据光伏电站无功设定值、光伏电站并网点母线电压，给出光伏电站的无功分配方法。本发明能够兼顾到充分利用光伏逆变器无功能力和动态无功补偿装置调节的快速性，真正实现光伏逆变器和动态无功补偿装置的快速连续无功协调控制，从而能够满足电网对光伏电站的无功电压要求。

Description

一种光伏电站无功电压控制方法

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，更准确地说，本发明涉及一种光伏电站无功电压控制方法。 

背景技术

太阳能是随机不可控制的，太阳能资源本身具有随机性、间歇性、周期性以及波动性的特点，以太阳能为能源的光伏电站的出力同样具有以上特点。随着光伏发电在电源中的比例不断增大，光伏电源的并网对配网和高压输电网的电压质量均产生不容忽视的影响。为适应大规模光伏发电并网运行，需要注重光伏电站无功电压的控制研究。 

光伏逆变器因光伏技术的发展，已实现有功、无功的解耦控制，因此可作为光伏电站的重要无功电源。而实际运行中基本上闲置了光伏逆变器的无功容量，不参与无功调节，造成事实上的浪费。早期光伏电站利用投切电容器实现无功调节，但调节不连续，且响应慢。目前，新光伏电站都加装动态无功补偿装置，常见SVC、SVG等，达到无功的快速连续调节。 

因此，光伏电站需利用光伏逆变器和动态补偿装置进行协调控制。一方面需尽量充分利用光伏逆变器的无功能力，另一方面由于通信时间的存在，光伏逆变器调节速度往往没有动态无功补偿装置快速。而目前，控制方法中要么首先分配给光伏逆变器或是一起分配而忽略二者间调节速度的差异，要么主要利用动态无功补偿装置而未尽量充分利用光伏逆变器的无功能力。因而没有兼顾到充分利用光伏逆变器无功能力和动态无功补偿装置调节的快速性。 

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中没有兼顾到充分利用光伏逆变器无功能 力和动态无功补偿装置调节的快速性的问题，提供一种光伏电站无功电压控制方法。该方法根据光伏电站无功设定值、光伏电站并网点母线电压，给出光伏电站的无功分配方法，以满足电网对光伏电站的无功电压要求。 

具体地说，本发明是采用以下的技术方案来实现的，包括下列步骤： 

1）获取光伏电站无功设定值Q_target、光伏电站并网点电压参考值U_target、以及实时测量的光伏电站并网点无功实测值Q_mea和电压实测值U_mea； 

2）选择光伏电站的控制方式，光伏电站的控制方式的类型分为电压控制模式和无功设定控制模式两种类型； 

3）若光伏电站的控制方式为电压控制模式，则根据公式ΔU=|U_target-U_mea|计算电压偏差值ΔU； 

如电压偏差值ΔU在预先设定的电压偏差死区阈值内，则光伏电站不进行无功补偿，转向步骤7）；否则计算无功补偿参考值Q_Dref，并将Q_Dref作为所需补偿无功参考值Q_REF，转向步骤5）； 

4）若光伏电站的控制方式为无功设定模式，则根据公式ΔQ=|Q_target-Q_mea|计算无功偏差值ΔQ； 

如无功偏差值ΔQ在预先设定的无功偏差死区阈值内，则光伏电站不改变无功输出，转向步骤7）；否则将Q_target作为所需补偿无功参考值Q_REF，转向步骤5）； 

5）读取无功补偿源状态，包括各光伏逆变器的无功容量Q_{i_nbqm}、动态无功补偿装置的无功容量Q_svcm； 

6）根据Q_REF以及获得的无功补偿源状态，对各光伏逆变器和动态无功补偿装置进行无功分配，并进行无功输出； 

7）转向步骤1，进入下一计算周期。 

上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤3）中，按以下公式计算无功补偿参考值Q_Dref： 

$Q_{\mathrm{Dref}}=\frac{U_{t\arg \mathrm{et}}\×(U_{t\arg \mathrm{et}}-U_{\mathrm{mea}})}{X}+\frac{(Q_{\mathrm{mea}}\×U_{t\arg \mathrm{et}})}{U_{\mathrm{mea}}}$

上式中，X为系统阻抗。 

上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤3）和步骤4）中，所述电压偏差死区阈值和无功偏差死区阈值均为相应允许波动量和测量误差之和。 

上述技术方案的进一步特征在于：所述步骤6）中，对各光伏逆变器和动态无功补偿装置进行无功分配的方法，包括以下步骤： 

6-1）根据调度要求将各光伏逆变器分别设置为单独运行逆变器和成组控制逆变器；电站的无功分配首先去除单独运行逆变器的无功输出量，则分配给成组控制逆变器和动态无功补偿装置的总无功量Q_bref为： 

$Q_{\mathrm{bref}}=Q_{\mathrm{REF}}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{Q}_{i\_\mathrm{dd}}$

上式中，为单独运行逆变器个数，为单独控制逆变器无功输出之和； 

6-2）成组控制逆变器和动态无功补偿装置的总无功量Q_bref的分配的方法如下： 

如|Q_bref|≤|λQ_svcm|，则动态无功补偿装置的无功输出Q_svc=Q_bref，各成组光伏逆变器无功输出Q_{i_cz}=0； 

如 $\left|\mathrm{\&lambda;}{Q}_{\mathrm{svcm}}\right|<\left|Q_{\mathrm{bref}}\right|\&le;|{\mathrm{\&lambda;Q}}_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|,$ 则Q_svc=λQ_svcm，成组光伏逆变器无功输出之和为各台成组逆变器间的无功输出参考值采用无功容量比例分配，其值

如 $|\mathrm{\&lambda;}{Q}_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|<\left|Q_{\mathrm{bref}}\right|\&le;|Q_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|,$ 则各台成组逆变器无功输出Q_{i_cz}=Q_{i_nbqm}，

如则各台成组逆变器无功输出Q_{i_cz}=Q_{i_nbqm}Q_svc=Q_svcm； 

以上，λ为预先设定的动态无功补偿装置的容量系数，λ<1；m为成组逆变器个数；如Q_bref为正，则Q_{i_nbqm}和Q_svcm分别为各光伏逆变器容量和动态无功补偿装置容量的最大值，否则Q_{i_nbqm}和Q_svcm分别为各光伏逆变器容量和动态无功补偿装置容量的最小值。 

上述技术方案的进一步特征在于：所述λ按以下公式进行设定： 

其中，Q_阈为电压偏差死区阈值或无功偏差死区阈值对应的无功需求量。 

本发明的有益效果如下：本发明根据光伏电站无功设定值、光伏电站并网点母线电压，给出光伏电站的无功分配方法，以兼顾到充分利用光伏逆变器无功能力和动态无功补偿装置调节的快速性，真正实现了光伏逆变器和动态无功补偿装置的快速连续无功协调控制，从而能够满足电网对光伏电站的无功电压要求。 

附图说明

图1为本发明方法的控制思路图。 

图2为本发明方法的流程图。 

具体实施方式

下面参照附图并结合实例对本发明作进一步详细描述。 

图1展示了本发明方法的控制思路。本发明根据光伏电站无功设定值、光伏电站并网点母线电压，给出光伏电站的无功分配方法，具体包括如图2所示以下步骤。 

步骤A：光伏电站接收调度中心下发的光伏电站无功设定值Q_target和光伏电站并网点电压参考值U_target，或者也可以在光伏电站自行设定光伏电站无功设定值Q_target和光伏电站并网点电压参考值U_target。同时，通过测量获得光伏电站实时测量光伏电站并网点无功实测值Q_mea和电压实测值U_mea。 

步骤B：选择光伏电站的控制方式，光伏电站的控制方式的类型分为电压控制模式和无功设定控制模式两种类型。 

步骤C：电压控制模式中，根据电网对光伏电站电压的要求设置电压偏差死区阈值。若电压偏差值ΔU=|U_target-U_mea|在电压偏差死区阈值内，光伏电站不进行无功补偿，转到步骤G；若不在电压死区阈值内，计算出无功补偿参考值Q_Dref，转到步骤E。 

步骤D：无功设定模式中，根据电网对光伏电站无功的要求设置无功偏差死区阈值。若无功偏差值ΔQ=|Q_target-Q_mea|在无功偏差死区阈值内，则光伏电站不改变无功输出，转到步骤G；若不在，转到步骤E。 

上述两死区阈值可设置为相应允许波动量和测量误差之和，也可根据光伏电站自身情况直接设定相应合理阈值。 

步骤E：读取无功补偿源状态，包括各光伏逆变器的无功容量Q_{i_nbqm}、动态无功补偿装置的无功容量Q_svcm。 

步骤F：由Q_Dref或Q_target对光伏逆变器和动态无功补偿装置进行无功分配，并进行无功输出。 

步骤G：转到步骤A，进入下一计算周期。 

上述步骤C中，根据光伏电站并网点母线电压计算无功补偿参考值Q_Dref的方法如下： 

$Q_{\mathrm{Dref}}=\frac{U_{t\arg \mathrm{et}}\&times;(U_{t\arg \mathrm{et}}-U_{\mathrm{mea}})}{X}+\frac{(Q_{\mathrm{mea}}\&times;U_{t\arg \mathrm{et}})}{U_{\mathrm{mea}}}$

式中，X为系统阻抗。 

因动态无功补偿装置动作的快速性和有效性，先部分使用动态无功补偿装置容量，同时为使动态无功补偿装置容量不被全部占用，以应对突发情况，设定容量系数λ。λ值可由下式确定，也可根据光伏电站自身情况直接设定。 

其中，Q_阈为死区阈值对应的无功需求量，Q_svcm为动态无功补偿装置的无功容量。 

上述步骤F中，光伏电站内光伏逆变器和动态无功补偿装置无功具体分配方法如下： 

首先，光伏电站根据调度要求将各台逆变器分别设置为单独运行逆变器和成组控制逆变器。电站的无功分配首先去除单独运行逆变器的无功输出量，以Q_REF代表电压控制方式下Q_Dref或无功设定控制方式下Q_target为所需补偿无功参考值。则分配给成组控制逆变器和动态无功补偿装置的总无功量Q_bref为： 

$Q_{\mathrm{bref}}=Q_{\mathrm{REF}}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{i\_\mathrm{dd}}$

上式中，n为单独运行逆变器个数，为单独控制逆变器无功输出之和。 

然后，根据容量系数λ、动态无功补偿装置容量Q_svcm和各光伏逆变器容量Q_{i_nbqm}来确定成组控制逆变器和动态无功补偿装置的总无功量Q_bref的分配。 

（1）如|Q_bref|≤|λQ_svcm|，则动态无功补偿装置无功输出Q_svc=Q_bref,各成组光伏逆变器无功输出Q_{i_cz}=0。 

（2）如 $\left|\mathrm{\&lambda;}{Q}_{\mathrm{svcm}}\right|<\left|Q_{\mathrm{bref}}\right|\&le;|\mathrm{\&lambda;}{Q}_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|,$ m为成组逆变器个数，则动态无功补偿装置无功输出Q_svc=λQ_svcm，成组光伏逆变器无功输出之和为 而各台成组逆变器间的无功输出参考值采用无功容量比例分配，其值 $Q_{i\_\mathrm{cz}}={\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{cz}}\frac{Q_{i\_\mathrm{nbqm}}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}}.$

（3）如 $|\mathrm{\&lambda;}{Q}_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|<\left|Q_{\mathrm{bref}}\right|\&le;|Q_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|,$ 则各台成组逆变器无功输出Q_{i_cz}=Q_{i_nbqm}，动态无功补偿装置无功输出

（4）如则各台成组逆变器无功输出Q_{i_cz}=Q_{i_nbqm}，动态无功补偿装置无功输出Q_svc=Q_svcm。 

以上，若Q_bref为正，则光伏逆变器容量和动态无功补偿装置容量采用最大值进行比较；否则相应采用光伏逆变器容量和动态无功补偿装置容量最小值进行比较。 

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不是用来限定本发明的。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。 

Claims (5)

1.一种光伏电站无功电压控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）获取光伏电站无功设定值Q_target、光伏电站并网点电压参考值U_target、以及实时测量的光伏电站并网点无功实测值Q_mea和电压实测值U_mea；

2）选择光伏电站的控制方式，光伏电站的控制方式的类型分为电压控制模式和无功设定控制模式两种类型；

3）若光伏电站的控制方式为电压控制模式，则根据公式ΔU=|U_target-U_mea|计算电压偏差值ΔU；

如电压偏差值ΔU在预先设定的电压偏差死区阈值内，则光伏电站不进行无功补偿，转向步骤7）；否则计算无功补偿参考值Q_Dref，并将Q_Dref作为所需补偿无功参考值Q_REF，转向步骤5）；

4）若光伏电站的控制方式为无功设定模式，则根据公式ΔQ=|Q_target-Q_mea|计算无功偏差值ΔQ；

如无功偏差值ΔQ在预先设定的无功偏差死区阈值内，则光伏电站不改变无功输出，转向步骤7）；否则将Q_target作为所需补偿无功参考值Q_REF，转向步骤5）；

5）读取无功补偿源状态，包括各光伏逆变器的无功容量Q_{i_nbqm}、动态无功补偿装置的无功容量Q_svcm；

6）根据Q_REF以及获得的无功补偿源状态，对各光伏逆变器和动态无功补偿装置进行无功分配，并进行无功输出；

7）转向步骤1，进入下一计算周期。

2.根据权利要求1所述的光伏电站无功电压控制方法，其特征在于，所述步骤3）中，按以下公式计算无功补偿参考值Q_Dref：

$Q_{\mathrm{Dref}}=\frac{U_{t\arg \mathrm{et}}\&times;(U_{t\arg \mathrm{et}}-U_{\mathrm{mea}})}{X}+\frac{(Q_{\mathrm{mea}}\&times;U_{t\arg \mathrm{et}})}{U_{\mathrm{mea}}}$

上式中，X为系统阻抗。

3.根据权利要求1所述的光伏电站无功电压控制方法，其特征在于，所述步骤3）和步骤4）中，所述电压偏差死区阈值和无功偏差死区阈值均为相应允许波动量和测量误差之和。

4.根据权利要求1所述的光伏电站无功电压控制方法，其特征在于，所述步骤6）中，对各光伏逆变器和动态无功补偿装置进行无功分配的方法，包括以下步骤：

6-1）根据调度要求将各光伏逆变器分别设置为单独运行逆变器和成组控制逆变器；电站的无功分配首先去除单独运行逆变器的无功输出量，则分配给成组控制逆变器和动态无功补偿装置的总无功量Q_bref为：

$Q_{\mathrm{bref}}=Q_{\mathrm{REF}}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_{i\_\mathrm{dd}}$

上式中，n为单独运行逆变器个数，为单独控制逆变器无功输出之和；

6-2）成组控制逆变器和动态无功补偿装置的总无功量Q_bref的分配的方法如下：

如|Q_bref|≤|λQ_svcm|，则动态无功补偿装置的无功输出Q_svc=Q_bref，各成组光伏逆变器无功输出Q_{i_cz}=0；

如 $\left|{\mathrm{\&lambda;Q}}_{\mathrm{svcm}}\right|<\left|Q_{\mathrm{bref}}\right|\&le;|\mathrm{\&lambda;}{Q}_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|,$ 则Q_svc=λQ_svcm，成组光伏逆变器无功输出之和为各台成组逆变器间的无功输出参考值采用无功容量比例分配，其值

如 $|\mathrm{\&lambda;}{Q}_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|<\left|Q_{\mathrm{bref}}\right|\&le;|Q_{\mathrm{svcm}}+{\mathrm{\&Sigma;}}_{i=1}^m{Q}_{i\_\mathrm{nbqm}}|,$ 则各台成组逆变器无功输出Q_{i_cz}=Q_{i_nbqm}，

如则各台成组逆变器无功输出Q_{i_cz}=Q_{i_nbqm},Q_svc=Q_svcm；

以上，λ为预先设定的动态无功补偿装置的容量系数，λ<1；m为成组逆变器个数；如Q_bref为正，则Q_{i_nbqm}和Q_svcm分别为各光伏逆变器容量和动态无功补偿装置容量的最大值，否则Q_{i_nbqm}和Q_svcm分别为各光伏逆变器容量和动态无功补偿装置容量的最小值。

5.根据权利要求4所述的光伏电站无功电压控制方法，其特征在于，所述λ按以下公式进行设定：

其中，Q_阈为电压偏差死区阈值或无功偏差死区阈值对应的无功需求量。