CN105162136B

CN105162136B - 基于综合能源无功控制的用户功率因数控制方法

Info

Publication number: CN105162136B
Application number: CN201510551436.4A
Authority: CN
Inventors: 吴树鸿; 倪伟东; 陆锦培; 汤志锐; 邱桂华; 罗福建; 王健祥; 罗伟明; 邓昆英; 谢志文; 何锦飞; 范心明; 黄猛才; 杜飞强; 宋永禄; 彭俊杰
Original assignee: Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Current assignee: Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2017-08-25
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: CN105162136A

Abstract

本发明公开了一种基于综合能源无功控制的用户功率因数控制方法，适用于用户的用电网络同时接入公用电网和综合能源发电系统的情景，其能够在用户累计功率因数较低，出现无功缺额时，根据综合能源发电系统在当前时间的用户累计功率因素PF_c和实时有功出力标幺值P，通过控制综合能源发电系统的无功出力来改善用户累计功率因素，可在满足综合能源发电系统发电要求和并网点功率因数考核要求的前提下，提高用户的累计功率因数，从而在《功率因数调整电费办法》的规定下避免用户的用电网络因接入综合能源发电系统造成公用电网功率因素降低而造成电费损失，同时，本发明对于提升本地电压水平，保障综合能源安全稳定运行等具有重要的理论和现实意义。

Description

基于综合能源无功控制的用户功率因数控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统控制技术，具体的说是一种基于综合能源无功控制的用户功率因数控制方法。

背景技术

近年来，基于光伏、风电、小水电等多种能源的综合能源发电取得了长足的发展，为综合能源业主带来了较大的经济效益，也为节能减排、能源转型、电网清洁化发展等方面做出了突出的贡献。但是由于能源资源本身的分散性，大量小规模综合能源发电系统选择就近接入用户侧电网，而且大多采取不输出无功功率的模式，即无功功率输出恒定为零。在这种情况下，由于综合能源有功发电减少用户对电网的有功需求，而无功需求不变，因此，用户功率因数出现了偏低的现象，直接导致用户电费增加，给用户带来了经济损失。

另一方面，综合能源发电机组(同步发电机、逆变器)及其配置的无功补偿设备(电容器组、SVG等)均具备无功功率输出能力，可通过综合能源无功控制实现对用户功率因数的控制和调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于综合能源无功控制的用户功率因数控制方法，以克服现有技术中由于用户的用电网络接入综合能源发电系统造成公用电网功率因素降低而使得用户电费升高的问题。

解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于综合能源无功控制的用户功率因数控制方法，所述用户的用电网络同时接入公用电网和综合能源发电系统，包括：

步骤S1、依据《功率因数调整电费办法》，设定五个功率因素区间；

步骤S2、设定k+1个以所述综合能源发电系统的额定功率P_n为基准的有功出力标幺值区间；

步骤S3、预设所述综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P分别位于所述k+1个有功出力标幺值区间时所述综合能源发电系统应对应输出的无功出力控制目标值Q_ref的规则，其中，综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P以所述综合能源发电系统的额定功率P_n为基准；

步骤S4、按照预设的采样间隔，采集所述综合能源发电系统的累计有功电能量W_c、累计无功电能量V_c、实时有功出力标幺值P和实时无功出力标幺值Q，其中，实时有功电能量W_c和实时无功电能量V_c分别为所述用电网络从本月1号至当前时间的有功电能量和实时无功电能量，实时有功出力标幺值P和实时无功出力标幺值Q分别为所述用电网络在当前时间的有功出力标幺值和无功出力标幺值；

步骤S5、按下式实时计算所述用电网络从本月1号至当前时间的用户累计功率因素PF_c：

步骤S6、判断当前时间的用户累计功率因素PF_c位于所述步骤S1所设定的五个功率因素区间中的哪一个；

步骤S7、依据步骤S6的判断结果，确定所述综合能源发电系统在当前时间是否需要启动无功控制；

步骤S8、当步骤S7确定所述综合能源发电系统在当前时间需要启动无功控制时，控制所述综合能源发电系统按步骤S3预设的规则输出达到对应无功出力控制目标值Q_ref的无功出力。

其中，所述的步骤S1中，所述五个功率因素区间包括：功率因素区间U0＝[PF₀，1]、功率因素区间U1＝[PF₁，PF₀)、功率因素区间U2＝[PF₂，PF₁)、功率因素区间U3＝[PF₃，PF₂)和功率因素区间U4＝[0，PF₃)，其中，PF₀为《功率因数调整电费办法》规定的对应用户的功率因素标准，PF₁＝PF₀-0.1，PF₂＝PF₁-0.1，PF₃＝PF₂-0.1。

其中，所述的步骤S2中，所述k+1个有功出力标幺值区间分别为有功出力标幺值区间Y0,Y1,···,Yk，Y0＝[P₀，P_n]，Yi＝[P_i，P_i-1)，i＝1,2,···,k-1，Yk＝[0，P_k-1)，其中，k取值的限制条件为P₀＝80％*P_max，P_i＝(80％-15％*i)*P_max，并且，P_k-1≥125％*P_min，P_max为所述综合能源发电系统在一天之内的最大有功出力的历史平均值，P_min为所述综合能源发电系统在一天之内的最小有功出力的历史平均值，P_max和P_min均为以所述综合能源发电系统的额定功率P_n为基准的标幺值。

其中，所述P_max按当前时间之前一个月内所述综合能源发电系统每天的最大有功出力进行平均计算，所述P_min按当前时间之前一个月内所述综合能源发电系统每天的最小有功出力进行平均计算。

其中，所述的步骤S3中，所述预设的规则包括：

当所述综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P位于所述有功出力标幺值区间Y0时，Q_ref＝0；

当所述综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P位于所述有功出力标幺值区间Yi，i＝1,2,···,k-1时，其中，PF^*为所述综合能源发电系统对应标准规定的综合能源功率因数考核下限；

当所述综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P位于所述有功出力标幺值区间Yk时，Q_ref＝0。

其中，所述的步骤S7中，所述确定综合能源发电系统在当前时间是否需要启动无功控制的方法包括：

当所述用户累计功率因素PF_c位于所述功率因素区间U0时，无需启动无功控制；

当所述用户累计功率因素PF_c位于所述功率因素区间U1时，判断所述综合能源发电系统在当前时间的实时有功出力标幺值P是否位于所述有功出力标幺值区间Y1或Y2或Y3，如是，则无需启动无功控制，如否，则在所述综合能源发电系统在当前时间的实时无功出力标幺值Q与当前时间实时有功出力标幺值P按所述步骤S3的预设规则所对应的无功出力控制目标值Q_ref不相等时，需要启动无功控制；

当所述用户累计功率因素PF_c位于所述功率因素区间U2时，判断所述综合能源发电系统在当前时间的实时有功出力标幺值P是否位于所述有功出力标幺值区间Y1或Y2，如是，则无需启动无功控制，如否，则在所述综合能源发电系统在当前时间的实时无功出力标幺值Q与当前时间实时有功出力标幺值P按所述步骤S3的预设规则所对应的无功出力控制目标值Q_ref不相等时，需要启动无功控制；

当所述用户累计功率因素PF_c位于所述功率因素区间U3时，判断所述综合能源发电系统在当前时间的实时有功出力标幺值P是否位于所述有功出力标幺值区间Y1，如是，则无需启动无功控制，如否，则在所述综合能源发电系统在当前时间的实时无功出力标幺值Q与当前时间实时有功出力标幺值P按所述步骤S3的预设规则所对应的无功出力控制目标值Q_ref不相等时，需要启动无功控制；

当所述用户累计功率因素PF_c位于所述功率因素区间U4时，如果所述综合能源发电系统在当前时间的实时无功出力标幺值Q与当前时间实时有功出力标幺值P按所述步骤S3的预设规则所对应的无功出力控制目标值Q_ref不相等，则需要启动无功控制。

作为本发明的一种实施方式，所述的综合能源发电系统为光伏发电系统或小水电发电系统或小火电发电系统。

作为本发明的一种实施方式，所述的综合能源发电系统为光伏发电系统，所述PF^*按标准Q/CSG 1211001—2014《分布式光伏发电系统接入电网技术规范》中规定的综合能源功率因数考核下限进行设定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明能够在用户累计功率因数较低，出现无功缺额时，根据综合能源发电系统在当前时间的用户累计功率因素PF_c和实时有功出力标幺值P，通过控制综合能源发电系统的无功出力来改善用户累计功率因素，可在满足综合能源发电系统发电要求和并网点功率因数考核要求的前提下，提高用户的累计功率因数，从而在《功率因数调整电费办法》的规定下避免用户的用电网络因接入综合能源发电系统造成公用电网功率因素降低而造成电费损失，同时，本发明对于提升本地电压水平，保障综合能源安全稳定运行等具有重要的理论和现实意义。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明的用户功率因数控制方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于综合能源无功控制的用户功率因数控制方法，适用于用户的用电网络同时接入公用电网和综合能源发电系统的情景，其中，综合能源发电系统可以是多种类型的发电系统，如光伏发电系统、小水电发电系统、小火电发电系统等，并且，该综合能源发电系统具有以下特征：1)通过同步发电机、异步发电机、逆变器或双馈式感应发电机接入配电网络；2)可作为一种电压无功资源参与配电网无功功率和电压调节。

本发明的用户功率因数控制方法，包括：

步骤S1、依据《功率因数调整电费办法》，设定五个功率因素区间，包括：功率因素区间U0＝[PF₀，1]、功率因素区间U1＝[PF₁，PF₀)、功率因素区间U2＝[PF₂，PF₁)、功率因素区间U3＝[PF₃，PF₂)和功率因素区间U4＝[0，PF₃)，其中，PF₀为《功率因数调整电费办法》规定的对应用户的功率因素标准，PF₁＝PF₀-0.1，PF₂＝PF₁-0.1，PF₃＝PF₂-0.1；

从而，本步骤S1通过划分功率因素区间，针对不同功率因数范围和无功缺额进行差异化的综合能源无功控制，可满足用户功率因数考核要求，同时减少无功控制动作次数。

步骤S2、设定k+1个以综合能源发电系统的额定功率P_n为基准的有功出力标幺值区间，分别为有功出力标幺值区间Y0,Y1,···,Yk，Y0＝[P₀，P_n]，Yi＝[P_i，P_i-1)，i＝1,2,···,k-1，Yk＝[0，P_k-1)，其中，k取值的限制条件为P₀＝80％*P_max，P_i＝(80％-15％*i)*P_max，并且，P_k-1≥125％*P_min，P_max为综合能源发电系统在一天之内的最大有功出力的历史平均值，P_min为综合能源发电系统在一天之内的最小有功出力的历史平均值，P_max和P_min均为以综合能源发电系统的额定功率P_n为基准的标幺值，优选的，P_max按当前时间之前一个月内综合能源发电系统每天的最大有功出力进行平均计算，P_min按当前时间之前一个月内综合能源发电系统每天的最小有功出力进行平均计算；

从而，本步骤S2通过划分有功出力标幺值区间，针对不同有功出力范围进行差异化的综合能源无功控制，可满足用户功率因数考核要求，同时保障综合能源有功发电要求。

步骤S3、预设综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P分别位于k+1个有功出力标幺值区间时综合能源发电系统应对应输出的无功出力控制目标值Q_ref的规则，其中，综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P以综合能源发电系统的额定功率P_n为基准，包括：

当综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P位于有功出力标幺值区间Y0时，Q_ref＝0，即此时综合能源发电系统不发无功，从而优先满足综合能源发电系统的有功发电要求，保障其有功出力；

当综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P位于有功出力标幺值区间Yi，i＝1,2,···,k-1时，其中，PF^*为综合能源发电系统对应标准规定的综合能源功率因数考核下限，例如：当综合能源发电系统为光伏发电系统时，PF^*应按标准Q/CSG 1211001—2014《分布式光伏发电系统接入电网技术规范》中规定的综合能源功率因数考核下限进行设定，该标准中规定分布式光伏发电系统功率因数应在超前0.95至滞后0.95范围内连续可调，即PF^*应取值为0.95；从而，既满足了综合能源并网点功率因数考核要求又预留了一定的无功裕度；

当综合能源发电系统的实时有功出力标幺值P位于有功出力标幺值区间Yk时，Q_ref＝0，即此时综合能源发电系统不发无功，从而满足综合能源并网点功率因数考核要求，并避免有功出力过低导致功率因数不合格；

从而，本步骤S3根据综合能源并网点功率因数考核要求和有功出力范围区间划分，同时预留一定的无功裕度，计算得到综合能源无功出力在各个有功出力范围区间的控制目标值。

步骤S4、按照预设的采样间隔，采集综合能源发电系统的累计有功电能量W_c、累计无功电能量V_c、实时有功出力标幺值P和实时无功出力标幺值Q，其中，实时有功电能量W_c和实时无功电能量V_c分别为用电网络从本月1号至当前时间的有功电能量和实时无功电能量，实时有功出力标幺值P和实时无功出力标幺值Q分别为用电网络在当前时间的有功出力标幺值和无功出力标幺值；

步骤S5、按下式实时计算用电网络从本月1号至当前时间的用户累计功率因素PF_c：

步骤S6、判断当前时间的用户累计功率因素PF_c位于步骤S1所设定的五个功率因素区间中的哪一个；

步骤S7、依据步骤S6的判断结果，确定综合能源发电系统在当前时间是否需要启动无功控制，包括：

当用户累计功率因素PF_c位于功率因素区间U0时，无需启动无功控制；

当用户累计功率因素PF_c位于功率因素区间U1时，判断综合能源发电系统在当前时间的实时有功出力标幺值P是否位于有功出力标幺值区间Y1或Y2或Y3，如是，则无需启动无功控制，如否，则在综合能源发电系统在当前时间的实时无功出力标幺值Q与当前时间实时有功出力标幺值P按步骤S3的预设规则所对应的无功出力控制目标值Q_ref不相等时，需要启动无功控制；

当用户累计功率因素PF_c位于功率因素区间U2时，判断综合能源发电系统在当前时间的实时有功出力标幺值P是否位于有功出力标幺值区间Y1或Y2，如是，则无需启动无功控制，如否，则在综合能源发电系统在当前时间的实时无功出力标幺值Q与当前时间实时有功出力标幺值P按步骤S3的预设规则所对应的无功出力控制目标值Q_ref不相等时，需要启动无功控制；

当用户累计功率因素PF_c位于功率因素区间U3时，判断综合能源发电系统在当前时间的实时有功出力标幺值P是否位于有功出力标幺值区间Y1，如是，则无需启动无功控制，如否，则在综合能源发电系统在当前时间的实时无功出力标幺值Q与当前时间实时有功出力标幺值P按步骤S3的预设规则所对应的无功出力控制目标值Q_ref不相等时，需要启动无功控制；

当用户累计功率因素PF_c位于功率因素区间U4时，如果综合能源发电系统在当前时间的实时无功出力标幺值Q与当前时间实时有功出力标幺值P按步骤S3的预设规则所对应的无功出力控制目标值Q_ref不相等，则需要启动无功控制；

步骤S8、当步骤S7确定综合能源发电系统在当前时间需要启动无功控制时，控制综合能源发电系统按步骤S3预设的规则输出达到对应无功出力控制目标值Q_ref的无功出力，其中，控制综合能源发电系统无功出力可以通过控制综合能源发电系统中的综合能源发电机组(同步发电机、逆变器)及其配置的无功补偿设备(电容器组、SVG等)实现。

结合本发明以上实施例可知，在用户月累计功率因数较低，出现无功缺额时，可根据功率因数实际情况和综合能源有功出力状态，通过控制综合能源无功出力来改善用户月功率因数，可在满足综合能源发电要求和并网点功率因数考核要求的前提下，提高用户月功率因数，同时对于提升本地电压水平，保障综合能源安全稳定运行等具有重要的理论和现实意义。

本发明的用户功率因数控制方法可以通过硬件、软件或两者的结合来实现。至于是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

本发明不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之中。

Claims

1.一种基于综合能源无功控制的用户功率因数控制方法，所述用户的用电网络同时接入公用电网和综合能源发电系统，包括：

2.根据权利要求1所述的用户功率因数控制方法，其特征在于：所述的步骤S1中，所述五个功率因素区间包括：功率因素区间U0＝[PF₀，1]、功率因素区间U1＝[PF₁，PF₀)、功率因素区间U2＝[PF₂，PF₁)、功率因素区间U3＝[PF₃，PF₂)和功率因素区间U4＝[0，PF₃)，其中，PF₀为《功率因数调整电费办法》规定的对应用户的功率因素标准，PF₁＝PF₀-0.1，PF₂＝PF₁-0.1，PF₃＝PF₂-0.1。

3.根据权利要求2所述的用户功率因数控制方法，其特征在于：所述的步骤S2中，所述k+1个有功出力标幺值区间分别为有功出力标幺值区间Y0,Y1,···,Yk，Y0＝[P₀，P_n]，Yi＝[P_i，P_i-1)，i＝1,2,···,k-1，Yk＝[0，P_k-1)，其中，k取值的限制条件为P₀＝80％*P_max，P_i＝(80％-15％*i)*P_max，并且，P_k-1≥125％*P_min，P_max为所述综合能源发电系统在一天之内的最大有功出力的历史平均值，P_min为所述综合能源发电系统在一天之内的最小有功出力的历史平均值，P_max和P_min均为以所述综合能源发电系统的额定功率P_n为基准的标幺值。

4.根据权利要求3所述的用户功率因数控制方法，其特征在于：所述P_max按当前时间之前一个月内所述综合能源发电系统每天的最大有功出力进行平均计算，所述P_min按当前时间之前一个月内所述综合能源发电系统每天的最小有功出力进行平均计算。

5.根据权利要求3所述的用户功率因数控制方法，其特征在于：所述的步骤S3中，所述预设的规则包括：

6.根据权利要求3所述的用户功率因数控制方法，其特征在于：所述的步骤S7中，所述确定综合能源发电系统在当前时间是否需要启动无功控制的方法包括：

7.根据权利要求1所述的用户功率因数控制方法，其特征在于：所述的综合能源发电系统为光伏发电系统或小水电发电系统或小火电发电系统。

8.根据权利要求5所述的用户功率因数控制方法，其特征在于：所述的综合能源发电系统为光伏发电系统，所述PF^*按标准Q/CSG 1211001—2014《分布式光伏发电系统接入电网技术规范》中规定的综合能源功率因数考核下限进行设定。