CN107086598A - 一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，该方法仅以光伏电站自身的设备作为扰动源，具体是：选取一条带有逆变器数量最多的集电线路（线路1），将线路1上的逆变器全部设置为无功满发最大值状态，将电量记录分析仪分别安装在并网母线出线侧空气开关处以及剩余集电线路中的任意一条集电线路（线路2）的空气开关处，切开线路1上的空气开关使其上所有逆变器瞬间断电脱网，以对并网母线电压和线路2电压造成扰动；电量记录分析仪记录下并网母线电压和线路2电压被扰动瞬间的相关数据，并根据国家标准判断光伏电站的各项自动调节品质指标是否合格。本方法可操作性和模拟性强，在模拟电网故障时更快速、准确，对电网的干扰小。
Description
技术领域
本发明涉及电网电压异常(扰动)响应特性测试技术领域，尤其涉及一种用于光伏电站的电压动态扰动试验控制方法。
背景技术
根据美国电科院的统计，90％以上的电网电能质量问题是由电压扰动(VoltageSag)和电压凸起(Voltage Swell)造成，其中电压扰动为主要事故原因。因此光伏电站并网后需要定期对电站的设备及线路等进行测试，以验证其自动控制系统各项自动调节品质指标是否满足国家标准的要求，以确保光伏电站安全稳定运行。根据国标GB-T 19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》要求，当电力系统发生短路故障引起电压跌落时，光伏电站动态无功响应时间应不超过30ms。
目前，在对光伏电站进行此动态无功响应测试(即电压扰动响应特性测试)时，需要采用专用的电压扰动发生装置作为扰动源来模拟故障以对站内高压母线的电压进行扰动，同时记录分析全站自动控制系统的各项响应指标，如电流、电压、有功、无功等各参数的变化。现有的电压扰动发生装置多以高电压等级的大电容器和大电抗器作为扰动源，其风险大、成本高且不易控制。因此，有必要开发一种新型的光伏电站电压动态扰动试验控制方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，该方法是以光伏电站自身的设备作为扰动源，可操作性和模拟性强，无需加装电压扰动发生装置作为外部的扰动源，有效降低了试验成本并在一定程度上提高了安全可靠性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，该方法运用到一种电压动态扰动试验系统，该系统包括光伏电站与电网之间的并网母线、连接在并网母线上的若干条集电线路、设置在每条集电线路上的若干个逆变器发电区、设置在并网母线出线侧的空气开关、设置在每条集电线路上的空气开关、分别安装在并网母线出线侧空气开关处以及一条集电线路空气开关处的电量记录分析仪、设置在电站中控室内的自动控制系统，所有逆变器发电区的逆变器、并网母线的空气开关以及每条集电线路上的空气开关均与自动控制系统电连接；该方法具体包括如下步骤：
(1)选取一条带有逆变器发电区数量最多(即逆变器数量最多)的集电线路(如果有若干条集电线路的逆变器数量相同，则可以任意选取一条)，并将该集电线路标记为线路1，通过自动控制系统将线路1上的逆变器全部设置为最大无功输出模式；
(2)将电量记录分析仪分别安装在并网母线出线侧空气开关处以及剩余集电线路中的任意一条集电线路的空气开关处，并将该条集电线路标记为线路2；
(3)启动电量记录分析仪使其处于工作状态，并切开线路1上的空气开关使线路1上的所有逆变器瞬间断电脱网，从而形成干扰源对并网母线电压和线路2电压造成扰动；
(4)电量记录分析仪记录下并网母线电压和线路2电压被扰动瞬间的相关数据，并根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》的标准判断光伏电站的自动控制系统各项自动调节品质指标是否合格。
作为本发明的一种改进，所述线路1上所有逆变器的最大无功输出是指所有逆变器均处于无功输出比例为100％的状态。
作为本发明的一种改进，所述电量记录分析仪记录的数据包括电压、电流、有功、无功和功率因数。
作为本发明的一种改进，所述线路1作为干扰源，其能够产生的无功扰动量(即无功调节范围)可根据线路1上逆变器总台数、每台逆变器的无功调节幅度以及集电线路和升压变的损耗进行调配，具体的调配方法是：假设线路1上的逆变器总台数为N，单台逆变器无功可调幅度为Q，光伏电站上所有集电线路和升压变的损耗为A，则线路1上的无功扰动量△Q1为△Q1＝N*Q-A。
作为本发明的一种改进，所述光伏电站上所有集电线路和升压变的损耗可根据光伏电站的设备生产铭牌上注明的损耗进行叠加运算获得。
作为本发明的一种改进，所述线路1上的所有逆变器能够发出双向无功，即容性无功和感性无功，其中，容性用+表示，感性用-表示。
作为本发明的一种改进，为了对电网的干扰减小至最小，所述并网母线的电压扰动变化范围必须准确控制在电网调度部门的母线电压波动许可值范围内，即在光伏电站的电压动态扰动试验过程中，所述并网母线的电压须在预定的扰动变化范围内波动。
作为本发明的一种改进，根据并网母线的短路容量Z可计算出需施加在并网母线上的无功变化量△Q2，则并网母线的电压U所能够产生的最大预定的扰动变化量ΔU为ΔU＝Z*ΔQ2，则在光伏电站的电压动态扰动试验过程中，并网母线的电压U的波动范围为[U-ΔU，U+ΔU]。
作为本发明的一种改进，所述并网母线的电压U的波动范围的端值(即U-ΔU和U+ΔU)可通过在自动控制系统上设置线路1上的所有逆变器所发出的容性或感性无功进行计算得出，即当增加线路1上的所有逆变器的容性无功变化量+△Q2时，并网母线电压U会升高ΔU而达到U+ΔU，而当增加线路1上的所有逆变器的感性无功变化量-△Q2时，并网母线电压U会降低ΔU而达到U-ΔU。
相对于现有技术，本发明所提出的光伏电站的电压动态扰动试验控制方法仅以光伏电站自身的设备作为扰动源，无需加装电压扰动发生装置作为外部的扰动源，有效降低了试验费用，节省了光伏电站的运营费用，并且该方法的控制策略简单，可操作性和模拟性强，在模拟电网故障时更快速、准确，对电网的干扰小。
附图说明
图1为本发明实施例设置在光伏电站主接线图上的测试点布置图。
图2为本发明实施例在切除干扰源发容性无功时，电量记录分析仪所记录的并网母线上的电压、并网点电流、有功功率、无功功率动态响应波形图。
图3为本发明实施例在切除干扰源发容性无功时，电量记录分析仪所记录的314线路侧电压、电流、有功、无功动态响应波形图。
图4为本发明实施例在切除干扰源发感性无功时，电量记录分析仪所记录的并网母线上的电压、并网点电流、有功功率、无功功率动态响应波形图。
图5为本发明实施例在切除干扰源发感性无功时，电量记录分析仪所记录的314线路侧电压、电流、有功、无功动态响应波形图。
图6为本发明实施例的光伏电站并网点自动电压调节动态响应试验数据。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述和介绍。
一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，该方法主要是以光伏电站自身的设备作为扰动源，再外接电量记录分析仪采集试验数据，具有试验投入成本低、安全可靠、可操作性及模拟真实性强等优点。由此，该方法所运用到的一种电压动态扰动试验系统包括光伏电站与电网之间的并网母线(具体是指站内和电网相连的并网的那条母线)、连接在并网母线上的若干条集电线路、设置在每条集电线路上的若干个逆变器发电区、设置在并网母线出线侧的空气开关、设置在每条集电线路上的空气开关(一般地，在每条集电线路上只设置一个空气开关)、分别安装在并网母线出线侧空气开关处以及一条集电线路空气开关处的电量记录分析仪、设置在电站中控室内的自动控制系统，所有逆变器发电区的逆变器、并网母线的空气开关以及每条集电线路上的空气开关均与自动控制系统电连接。该方法具体包括如下步骤：
(1)选取一条带有逆变器发电区数量最多的集电线路，为了便于叙述，将该集电线路标记为线路1，通过自动控制系统将线路1上的逆变器全部设置为最大无功输出模式；其中，逆变器的最大无功输出是指所有逆变器均处于无功输出比例为100％的状态，可通过中控室内的自动控制系统下发指令进行调节逆变器，具体是在自动控制系统的调节界面上设置无功输出百分比，将百分比设置成100％就是满发的状态。并且，线路1上的所有逆变器能够发出双向无功，即容性无功和感性无功，其中，容性用+表示，感性用-表示。
(2)将电量记录分析仪分别安装在并网母线出线侧空气开关处以及剩余集电线路中的任意一条集电线路的空气开关处，可测出所产生的电压扰动对并网母线和一条集电线路的影响，并为了便于叙述，将该条集电线路标记为线路2。
(3)启动电量记录分析仪使其处于工作状态，并切开线路1上的空气开关使线路1上的所有逆变器瞬间断电脱网，从而形成干扰源对并网母线电压和线路2电压造成扰动。所述线路1作为干扰源，其能够产生的无功扰动量(即无功调节范围)可根据线路1上逆变器总台数、每台逆变器的无功调节幅度(一般地，在同一个光伏电站中，所有逆变器发电区所采用的所有逆变器的型号和参数保持一致。)以及集电线路和升压变的损耗进行调配，具体的调配方法是：假设线路1上的逆变器总台数为N，单台逆变器无功可调幅度为Q，光伏电站上所有集电线路和升压变的损耗为A，则线路1上的无功扰动量△Q1为△Q1＝N*Q-A。其中，光伏电站上所有集电线路和升压变的损耗可根据光伏电站的所有设备的生产铭牌上注明的损耗进行叠加运算获得。
(4)电量记录分析仪记录下并网母线电压和线路2电压被扰动瞬间的相关数据，该数据包括电压、电流、有功、无功和功率因数，不同的数据值可得出不同的试验结果，因此可根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》的标准判断光伏电站的自动控制系统各项自动调节品质指标是否合格。为了对电网的干扰减小至最小，所述并网母线的电压扰动变化范围必须准确控制在电网调度部门的母线电压波动许可值范围内，即在光伏电站的电压动态扰动试验过程中，所述并网母线的电压(例如：一座110KV并网的光伏电站的并网母线电压是110KV，一座35KV并网的光伏电站的并网母线电压就是35KV。)须在预定的扰动变化范围内波动。其中，根据并网母线的短路容量Z(具体是指电力系统在规定的运行方式下的系统视在功率，即)可计算出需施加在并网母线上的无功变化量△Q2，则并网母线的电压U所能够产生的最大预定的扰动变化量ΔU为ΔU＝Z*ΔQ2，则在光伏电站的电压动态扰动试验过程中，并网母线的电压U的波动范围为[U-ΔU，U+ΔU]，并确保U-ΔU和U+ΔU两个端值电压落入在电网调度部门的母线电压波动许可值内。该波动范围的两端值(即U-ΔU和U+ΔU)可通过在自动控制系统上设置线路1上的所有逆变器所发出的容性或感性无功(具体是在自动控制系统的调节界面上进行调节即可，对应的容性或感性已在调节界面上作出了标注。)进行计算得出，即当增加线路1上的所有逆变器的容性无功变化量+△Q2时，并网母线电压U会升高ΔU而达到U+ΔU，而当增加线路1上的所有逆变器的感性无功变化量-△Q2时，并网母线电压U会降低ΔU而达到U-ΔU。
实施例：如图1所示，以一座35KV并网的光伏电站为试验对象(110KV并网的光伏电站同理)进行电压动态扰动试验控制，在图1中仅示出了该光伏电站的主接线结构，包括35KV的并网母线出线以及连接并网母线的314线路、315线路及316线路三条集电线路进线，该光伏电站共有29个发电区58台逆变器，每个发电区有2台逆变器，单台逆变器无功调节最大范围为-242kVar～+242kVar，每条集电线路接入9-10个发电区。本试验依据GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》、GB/T 29321-2012《光伏发电站无功补偿技术规范》等标准要求进行，根据电网调度部门要求，试验期间并网点电压控制在35.5kV-37kV。由于314-316线路上的逆变器数量均相同，则任意选取了316线路作为标本线路，将该集电线路上的所有逆变器(共20台)通过自动控制系统调整为恒定最大无功(双向)输出方式，并分别设定最大容性无功为+242kVar，最大感性无功为-242kVar，另外，本光伏电站上的单台逆变器实测无功功率输出可达设定值的99％以上，其中实测最大容性无功为+240.12kVar，实测最大感性无功为-240.56kVar，则该集电线路上的容性无功最大输出为4.70MVar，感性无功最大输出为4.76MVar。另外，计算出全站去除升压变及线路损耗后无功(双向：容性或感性)最大输出不小于14MVar。在本实施例中采用北京同控电力生产的型号为TK3016的电量记录分析仪作为实验仪器使用，将TK3016分别加装在并网母线出线侧空气开关处以及除316线路之外的任意一条集电线路上，本实施例中，具体是在314线路的空气开关处加装TK3016，具体可将TK3016接入至相应的电压互感器、电流互感器的二次端子处。加装在并网母线出线侧空气开关处的TK3016用于测试光伏电站全站的电能质量和光伏电站的无功/电压控制系统的响应时间，加装在314线路的空气开关处的TK3016用于测试光伏电站的动态无功响应时间。并且在试验过程中，如果光伏电站中存在SVG动态无功补偿装置，则将所有SVG动态无功补偿装置退出运行。
通过中控室内的自动控制系统设定全站无功调节处于自动电压调节连续运行模式下，并网点电压在标称电压的97％-107％范围内，令316线路下所有逆变器处于最大无功(双向)输出模式，并启动两台TK3016分别记录稳定状态下的35KV出线侧以及314线路上的电压、电流、有功功率、无功功率以及功率因数等数据，然后切开316线路上的空气开关使316线路上的所有逆变器瞬间断电脱网，由此对并网母线电压(即35KV)和314线路电压造成扰动，同时由两台TK3016分别记录下电压被扰动瞬间的光伏电站35KV出线侧和314线路的电压、电流、有功功率、无功功率以及动态无功响应时间波形。其中，两台TK3016在切除干扰源发容性无功时所记录的波形试验数据由图2-3所示，而在切除干扰源发感性无功时所记录的波形试验数据由图4-5所示，并根据所得试验数据总结出了如图6所示的并网点自动电压调节动态响应试验数据。从以上数据可以看出，切除316线路发容性无功4.70MVar时，动态无功响应时间为23.281ms；而在切除316线路发感性无功4.76MVar时，动态无功响应时间为26.719ms；两种情况下的动态无功响应时间均能满足标准GB/T 29321-2012动态无功响应时间不大于30ms的要求。另外，从图中可以看出，切除316线路前后314线路有功功率基本不变，由此证明逆变器的有功调节、无功调节是解耦控制，逆变器调节无功不影响有功出力。
由此可见，采用本发明所提出的光伏电站电压动态扰动试验控制方法在光伏电站内进行相关电压扰动试验时，无需在光伏电站中外加电压扰动发生装置，有效降低了试验费用，节省了光伏电站的运营费用，并且该种方法的控制策略简单，所使用的器件较少，在模拟电网故障时更快速、准确，对电网的干扰小。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。在权利要求中，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于：该方法运用到一种电压动态扰动试验系统，该系统包括光伏电站与电网之间的并网母线、连接在并网母线上的若干条集电线路、设置在每条集电线路上的若干个逆变器发电区、设置在并网母线出线侧的空气开关、设置在每条集电线路上的空气开关、分别安装在并网母线出线侧空气开关处以及一条集电线路空气开关处的电量记录分析仪、设置在电站中控室内的自动控制系统，所有逆变器发电区的逆变器、并网母线的空气开关以及每条集电线路上的空气开关均与自动控制系统电连接；该方法具体包括如下步骤：
(1)选取一条带有逆变器发电区数量最多的集电线路，并将该集电线路标记为线路1，通过自动控制系统将线路1上的逆变器全部设置为最大无功输出模式；
(2)将电量记录分析仪分别安装在并网母线出线侧空气开关处以及剩余集电线路中的任意一条集电线路的空气开关处，并将该条集电线路标记为线路2；
(3)启动电量记录分析仪使其处于工作状态，并切开线路1上的空气开关使线路1上的所有逆变器瞬间断电脱网，从而形成干扰源对并网母线电压和线路2电压造成扰动；
(4)电量记录分析仪记录下并网母线电压和线路2电压被扰动瞬间的相关数据，并根据《光伏发电站接入电力系统技术规定》的标准判断光伏电站的自动控制系统各项自动调节品质指标是否合格。
2.如权利要求1所述的一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于，所述线路1上所有逆变器的最大无功输出是指所有逆变器均处于无功输出比例为100％的状态。
3.如权利要求1所述的一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于，所述电量记录分析仪记录的数据包括电压、电流、有功、无功和功率因数。
4.如权利要求2所述的一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于，所述线路1作为干扰源，其能够产生的无功扰动量可根据线路1上逆变器总台数、每台逆变器的无功调节幅度以及集电线路和升压变的损耗进行调配，具体的调配方法是：假设线路1上的逆变器总台数为N，单台逆变器无功可调幅度为Q，光伏电站上所有集电线路和升压变的损耗为A，则线路1上的无功扰动量△Q1为△Q1＝N*Q-A。
5.如权利要求4所述的一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于，所述光伏电站上所有集电线路和升压变的损耗可根据光伏电站的所有设备生产铭牌上注明的损耗进行叠加运算获得。
6.如权利要求4或5所述的一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于，所述线路1上的所有逆变器能够发出双向无功，即容性无功和感性无功，其中，容性用+表示，感性用-表示。
7.如权利要求1所述的一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于，在光伏电站的电压动态扰动试验过程中，所述并网母线的电压须在预定的扰动变化范围内波动。
8.如权利要求7所述的一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于，根据并网母线的短路容量Z可计算出需施加在并网母线上的无功变化量△Q2，则并网母线的电压U所能够产生的最大预定的扰动变化量ΔU为ΔU＝Z*ΔQ2，则在光伏电站的电压动态扰动试验过程中，并网母线的电压U的波动范围为[U-ΔU，U+ΔU]。
9.如权利要求8所述的一种光伏电站电压动态扰动试验控制方法，其特征在于，所述并网母线的电压U的波动范围的端值可通过在自动控制系统上设置线路1上的所有逆变器所发出的容性或感性无功进行计算得出，即当增加线路1上的所有逆变器的容性无功变化量+△Q2时，并网母线电压U会升高ΔU而达到U+ΔU，而当增加线路1上的所有逆变器的感性无功变化量-△Q2时，并网母线电压U会降低ΔU而达到U-ΔU。
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Application publication date: 20170822 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |