CN105098787A - 一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，包括以下步骤：（1）采用十一宫图的选择控制策略，以并网点电压和功率因数作为综合判据选择无功控制的调节方法；（2）采用等比例法使各可调节的光伏发电单元具有相同的无功调节裕度，各光伏发电单元在无功功率的上下极限范围内按照偏移量相同的原则进行分配；（3）采用等功率因数法使得各可调节的光伏发电单元具有相同的功率因数，排除不可调节的光伏发电单元后根据目标指令计算出全场站目标总无功。本发明建立了基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，实现了各分布式光伏的协调控制，确保了配电网在正常、合理的电压下进行运行。

Description

一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法

技术领域

本发明属于电力系统无功控制领域的方法，具体是一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法。

背景技术

随着我国光伏系统并网需求的不断增加，国家能源结构调整的多项政策激励力度持续加大，我国光伏并网容量急速增长。截至2014年底，光伏发电累计装机容量28GW，2014年新增装机容量1060万千瓦，约占全球新增装机的20％。《太阳能发电发展“十二五”规划》中指出到2015年底，我国太阳能发电装机容量将超过35GW，预计新增光伏发电装机及并网容量将进一步增加。

然而，伴随光伏发电规模化发展态势，将引起电网电压稳定性问题。光伏发电随机性特点可能导致电网内的电压时常出现波动，甚至引起线路电压越限。另外，由于同一并网点处的逆变器对光照变化的影响一致，将引起电压的加剧波动，可能会引起电压/无功调节装置的频繁动作，由于配电网调度人员难以准确掌握投入、退出时间以及发出的无功功率的变化，当光伏发电在电网电源中的比例持续增大时，其对电网调压的影响将愈加显著，加大了电网正常运行时的电压调整难度。

因此，希望光伏电站在正常运行或者故障情况下，应尽可能与传统电源功能一致，满足节点电压约束、线路容量约束和发电机容量约束等电网静态安全约束条件，有一定的静态和动态无功功率裕量，光伏电站能够参与到电网调压中，具备无功功率连续平滑调节的能力，有电压控制措施和一定的故障穿越容量，具备无功功率调节及电压控制能力，保证电力系统调压功能。

综上所述，亟需开展针对不同类型的分布式光伏无功功率控制研究，提出适应配电网无功优化的分布式光伏无功协调控制算法，为开展不同类型的分布式光伏无功调节与控制提供技术手段，实现区域配电网中分布式光伏无功功率的调节与控制。

发明内容

发明目的：本发明根据现有发明中明显不足，提出了一种基于十一宫图的无功协调控制方法对配电网区域内的分布式光伏进行无功协调控制，实现了配网区域内各分布式光伏的无功协调控制，确保了配电网在正常、合理的电压下进行运行。

技术方案：

一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用十一宫图的选择控制策略，以并网点电压和功率因数作为综合判据选择无功控制的调节方法；

2)采用等比例法使各可调节的光伏发电单元具有相同的无功调节裕度，各光伏发电单元在无功功率的上下极限范围内按照偏移量相同的原则进行分配；

3)采用等功率因数法使得各可调节的光伏发电单元具有相同的功率因数，根据目标指令计算出全场站目标总无功功率。

有益效果：

(1)本发明能够适应于配电网区域内的各分布式光伏的无功协调控制且控制效果准确、快速；

(2)评价结果客观、合理；

(3)满足电网发展和工程实际应用的需求。

附图说明

图1为本发明实施的结构框图；

图2为本发明涉及的无功电压控制十一宫图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供了一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，包括：1)采用十一宫图的选择控制策略，以并网点电压和功率因数作为综合判据选择无功控制的调节方法；2)采用等比例法使各可调节的光伏发电单元具有相同的无功调节裕度，各光伏发电单元在无功功率的上下极限范围内按照偏移量相同的原则进行分配；3)采用等功率因数法使得各可调节的光伏发电单元具有相同的功率因数，排除不可调节的光伏发电单元后根据目标指令计算出全场站目标总无功功率。

本发明方法所述的步骤1)中所述的采用十一宫图的选择控制策略，以并网点电压和功率因数作为综合判据选择无功控制的调节方法，具体步骤如下：

建立控制原理图，如图2所示。

图中：

U_max—电网规定的并网点电压上限；

U_min—电网规定的并网点电压下限；

U_ha—并网点电压接近上限警戒电压；

U_la—并网点电压接近下限警戒电压；

—输出容性时的最小功率因数；

—输出感性时的最大功率因数。

系统进行无功调节时，当同时满足电压调节和功率因数调节时，电压调节调节的优先级高于功率因数调节，具体的控制策略如下：

0区：U_min<U<U_max，功率因数满足要求，光伏电站不进行无功调节；

1区：U>U_max，cosφ＜0，Q<0，光伏电站并网点电压高于电网规定的接入点电压上限，此时光伏电站输出感性无功；为了保证电网安全稳定运行，维持并网点电压在合理范围，增加光伏电站的感性无功输出；

2区：U>U_max，0<cosφ，Q>0，光伏电站并网点电压高于电网规定的接入点电压上限，此时光伏电站输出容性无功；为了保证电网安全稳定运行，维持接入点电压在合理范围，减少光伏电站的容性无功输出；

3区：U_ha<U<U_max，Q<0，此时，电压满足电网要求，但已超过上限警戒电压，功率因数不满足，此时光伏电站输出感性无功；增加光伏电站感性无功输出，会引起接入点电压的进一步升高，因此不调节光伏电站感性无功输出和容性无功输出；

4区：U_ha<U<U_max，Q>0，此时，电压满足电网要求，但已超过上限警戒电压，功率因数不满足，此时光伏电站输出容性无功；减少光伏电站容性无功输出，不会造成接入点电压进一步升高，相反会在一定程度上支撑接入点电压，因此减少光伏电站容性无功输出；

5区：U_la<U<U_ha，Q<0，此时，电压满足电网要求，且均在警戒电压限值内，此时光伏电站输出感性无功，因此减少光伏电站感性无功输出；

6区：U_la<U<U_ha，Q>0，此时，电压满足电网要求，且均在警戒电压限值内，此时光伏电站输出容性无功，因此减少光伏电站容性无功输出；

7区：U_min<U<U_la，Q<0，此时，电压满足电网要求，但已超过下限警戒电压，功率因数不满足，此时光伏电站输出感性无功；减少光伏电站感性无功输出，不会引起接入电压进一步下降，相反会在一定程度上支撑接入点电压，因此减少光伏电站感性无功输出；

8区：U_min<U<U_la，Q>0，此时，电压满足电网要求，但已超过下限警戒电压，功率因数不满足，此时光伏电站输出容性无功；减少光伏电站容性无功输出，会引起接入点电压的进一步下降，因此不调节光伏电站感性无功输出和容性无功输出；

9区：U<U_min，cosφ<0，Q<0，光伏电站并网点电压低于电网规定的接入点电压下限，此时光伏电站输出感性无功，此时，为了保证电网安全稳定运行，维持接入点电压在合理范围，减少光伏电站感性无功输出。

10区：U<U_min，0<cosφ，Q>0，光伏电站并网点电压低于电网规定的接入点电压下限，此时光伏电站输出容性无功，此时，为了保证电网安全稳定运行，维持接入点电压在合理范围，增加光伏电站容性无功输出；

本发明方法所述的步骤2)中的采用等比例法使各可调节的光伏发电单元具有相同的无功调节裕度，各光伏发电单元在无功功率的上下极限范围内按照偏移量相同的原则进行分配，具体步骤如下：

设第i个光伏发电单元的无功功率容量为Q_i(额定无功)，则求取第i个光伏发电单元输出无功功率的初始分配因子为：

D_i＝Q_i/Q_W(式1)

$Q_W=\underset{i=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{Q}_i$ (式2)

式中：Q_W—光伏电站的总无功功率，m为光伏发电单元的总数量。

利用上述功率初始分配因子，求取无功功率调整量ΔQ在第i个光伏发电单元的分配量：

ΔQ_i＝D_i×ΔQ(式3)

对各光伏发电单元的调节余量进行校验，若满足调节条件，方案通过；若有光伏发电单元无功调节余量不足，则需修正方案，具体方法如下：

记调节余量不足的光伏发电单元集合为Ω_Lack，其数量为N，其中，各光伏发电单元的调整量为：

ΔQ′_j＝Q_jN-Q_j(式4)

式中：

Q_jN—光伏单元无功极限值；

Q_j—光伏发电单元当前无功输出值。

修正后的Ω_lack集合光伏发电单元的无功功率补偿量分配系数为：

D′_j＝ΔQ′_j/ΔQj∈Ω_Lack(式5)

其余光伏发电单元的无功功率补偿量分配系数为：

$D_i^{\&prime;}=\frac{1-\underset{j\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}_{LACK}}{\&Sigma;}{D}_j^{\&prime;}}{1-\underset{j\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}_{LACK}}{\&Sigma;}{D}_j}{D}_i,j\&NotElement;{\mathrm{\&Omega;}}_{Lack}$ (式6)

经修正后的各发电单元无功功率补偿量为：

ΔQ′_i＝D′_i×ΔQ(式7)

如此反复可形成调节余量匮乏和充裕光伏发电单元的无功功率调整量分配系数或分配量。

本发明方法所述的步骤3)中的采用等功率因数法使得各可调节的光伏发电单元具有相同的功率因数，根据目标指令计算出全场站目标总无功功率Q_总，具体步骤如下：

根据可调光伏发电单元的总有功功率P_总和总无功功率Q_总，计算出可调光伏发电单元目标功率因数

(式8)

式中：

P_可调单元—可调光伏发电单元的有功功率；

Q_总—全场站目标总无功功率；

P_总—各可调光伏发电单元的总有功功率。

然后根据各可调光伏发电单元的有功功率计算出各可调光伏发电单元的目标无功功率：

(式9)

式中：

Q_目标—各可调光伏发电单元的目标无功功率。

该控制策略适用范围广，实现方便，但当光伏逆变器的有功功率变化时，其无功功率也会随之调整，但这种调整并非由于母线电压的变化引起的，增加了无功调节的次数。

Claims (5)

1.一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采用十一宫图的选择控制策略，以并网点电压和功率因数作为综合判据选择无功控制的调节方法；

2)采用等比例法使各可调节的光伏发电单元具有相同的无功调节裕度，各光伏发电单元在无功功率的上下极限范围内按照偏移量相同的原则进行分配；

3)采用等功率因数法使得各可调节的光伏发电单元具有相同的功率因数，根据目标指令计算出全场站目标总无功功率。

2.根据权利要求1所述的一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，其特征在于，所述步骤1)中，按光伏电站并网点电压U和功率因数的不同，划分成11个区，分别进行不同的输出调节：0区：U_min<U<U_max，功率因数满足要求，光伏电站不进行无功调节；

1区：U>U_max，cosφ<0，Q<0，光伏电站并网点电压高于电网规定的接入点电压上限，光伏电站输出感性无功，此时增加光伏电站的感性无功输出；

2区：U>U_max，0<cosφ，Q>0，光伏电站并网点电压高于电网规定的接入点电压上限，光伏电站输出容性无功，此时减少光伏电站的容性无功输出；

3区：U_ha<U<U_max，Q<0，电压超过上限警戒电压，功率因数不满足，光伏电站输出感性无功，此时不调节光伏电站无功输出；

4区：U_ha<U<U_max，Q>0，电压超过上限警戒电压，功率因数不满足，光伏电站输出容性无功，此时减少光伏电站容性无功输出；

5区：U_la<U<U_ha，Q>0，电压在警戒电压限值内，光伏电站输出感性无功，此时减少光伏电站感性无功输出；

6区：U_la<U<U_ha，Q>0，电压在警戒电压限值内，光伏电站输出容性无功，此时减少光伏电站容性无功输出；

7区：U_min<U<U_la，Q<0，电压超过下限警戒电压，功率因数不满足，光伏电站输出感性无功，此时减少光伏电站感性无功输出；

8区：U_min<U<U_la，Q<0，电压超过下限警戒电压，功率因数不满足，光伏电站输出容性无功，此时不调节光伏电站无功输出；

9区：U<U_min，Q<0，光伏电站并网点电压低于电网规定的并网接入点电压下限，光伏电站输出感性无功，此时减少光伏电站感性无功输出；

10区：U<U_min，Q>0，光伏电站并网点电压低于电网规定的并网接入点电压下限，光伏电站输出容性无功，此时增加光伏电站容性无功输出；

其中，U_max—电网规定的接入点电压上限；

U_min—电网规定的接入点电压下限；

U_ha—上限警戒电压；

U_la—下限警戒电压；

—输出容性时的最小功率因数；

—输出感性时的最大功率因数。

3.根据权利要求1所述的一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，其特征在于，所述步骤2)中采用等比例法使各可调节的光伏发电单元具有相同的无功调节裕度，各光伏发电单元在无功功率的上下极限范围内按照偏移量相同的原则进行分配，具体步骤如下：

设第i个光伏发电单元的无功功率容量为Q_i，则求取第i个光伏发电单元输出无功功率的初始分配因子为：

D_i＝Q_i/Q_W(式1)

$Q_W=\underset{i=1}{\overset{m}{\&Sigma;}}{Q}_i$ (式2)

式中：Q_W—光伏电站的总无功；

利用上述功率初始分配因子，求取无功功率调整量ΔQ在第i个光伏发电单元的分配量：

ΔQ_i＝D_i×ΔQ(式3)

对各光伏发电单元的调节余量进行校验，若满足调节条件，方案通过；若有光伏发电单元无功调节余量不足，则修正方案，具体方法如下：

记调节余量不足的光伏发电单元集合为Ω_Lack，其数量为N，其中，各光伏发电单元的调整量为：

ΔQ′_j＝Q_jN-Q_j(式4)

式中：

Q_jN—光伏单元无功极限值；

Q_j—光伏发电单元当前无功输出值；

修正后的Ω_lack集合光伏发电单元的无功功率补偿量分配系数为：

D′_j＝ΔQ′_j/ΔQj∈Ω_Lack(式5)

其余光伏发电单元的无功功率补偿量分配系数为：

$D_i^{\&prime;}=\frac{1-\underset{j\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}_{LACK}}{\&Sigma;}{D}_j^{\&prime;}}{1-\underset{j\&Element;{\mathrm{\&Omega;}}_{LACK}}{\&Sigma;}{D}_j}{D}_i,j\&NotElement;{\mathrm{\&Omega;}}_{Lack}$ (式6)

经修正后的各发电单元无功功率补偿量为：

ΔQ′_i＝D′_i×ΔQ(式7)

如此反复可形成调节余量匮乏和充裕光伏发电单元的无功功率调整量分配系数或分配量。

4.根据权利要求1所述的一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，其特征在于，所述步骤3)中采用等功率因数法使得各可调节的光伏发电单元具有相同的功率因数并根据目标指令计算出全场站目标总无功功率，具体步骤如下：

根据可调光伏发电单元的总有功功率P_总和总无功功率Q_总，计算出可调光伏发电单元目标功率因数

(式8)

其中，P_可调单元为可调光伏发电单元的有功功率，P_总＝ΣP_可调单元；

然后根据各可调光伏发电单元的有功功率计算出各自的目标无功功率：

(式9)

5.根据权利要求2所述的一种基于十一宫图的配电网分布式光伏无功协调控制算法，其特征在于，进行无功控制的调节时，当同时满足电压调节和功率因数调节时，电压调节的调节优先级高于功率因数调节。