CN109038656B - 计及有功输出状态的大型光伏电站avc控制方法及系统 - Google Patents

计及有功输出状态的大型光伏电站avc控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种计及有功输出状态的大型光伏电站AVC控制方法，包括获取光伏电站运行状态信息；当运行状态信息中的PPC点实际电压不低于阈值时，如果AVC系统从电网侧接收的是电压指令，则计算本次光伏电站所需调整的无功功率；如果AVC系统从电网侧接收的是无功指令，则进行无功补偿与逆变器之间的无功指令分配、光伏电站内部各条馈线之间无功指令分配以及各条馈线上各台逆变器之间的无功指令分配。也公开了控制系统，包括采集模块、判断模块、无功功率计算模块和无功指令分配模块。本发明实现了光伏电站中SVG/SVC与逆变器、逆变器之间的无功出力协同运行，有效防止了无功长距离流动，减少了电站内部集电线路损耗。

Description

计及有功输出状态的大型光伏电站AVC控制方法及系统
技术领域
本发明涉及一种大型光伏电站AVC控制方法及系统，具体涉及一种计及有功输出状态的大型光伏电站AVC控制方法及系统，属于新能源发电自动控制领域。
背景技术
随着光伏发电成本的降低以及发电效益的增加，建设大型光伏电站已经成为开发太阳能的重要途径。大型光伏电站内部逆变器是通过分组分串的形式接入馈线，多条馈线汇入母线后再集中送出。随着光伏电站装机容量的不断增加，光伏并网发电将对电网电压产生的影响不可忽视，光伏发电系统本身的光照强度、温度变化等都会引起并网电压波动甚至越限，因此，大型光伏电站必须参与电网调压控制，必要时给电网提供紧急无功支撑。光伏电站传统的AVC控制采用等裕度的无功分配方法，在大型光伏电站内部网络中，由于等裕度无功分配可能出现无功长距离流动，增加光伏电站内部功率损耗。随着大型光伏电站接入逆变器数量越来越多，内部网络复杂化，如何有效协调SVG/SVC与逆变器、逆变器之间的无功输出，防止无功长距离流动，减少光伏电站内部功率损耗是急需解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种大型光伏电站AVC控制方法及系统，解决了传统等裕度无功分配引起的无功长距离流动、光伏电站内部功率损耗增加等问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种大型光伏电站AVC控制方法，包括，
获取光伏电站运行状态信息；
当运行状态信息中的PPC点实际电压不低于阈值时，如果AVC系统从电网侧接收的是电压指令，则计算本次光伏电站所需调整的无功功率，进行无功指令分配；如果AVC系统从电网侧接收的是无功指令，则进行无功指令分配，无功指令分配包括无功补偿与逆变器之间的无功指令分配、光伏电站内部各条馈线之间无功指令分配以及各条馈线上各台逆变器之间的无功指令分配。
按照电压和无功转换关系，计本算次光伏电站所需调整的无功功率。
电压和无功转换关系为，
Figure GDA0003158179840000021
其中，ΔQT为整个光伏电站无功需求改变量，Upcc为PCC点的实际电压，X、 R分别为PPC点系统侧等效电阻和电抗，ΔUpcc为PPC点电压调整量，ΔUpcc＝Utarget-Upcc，Utarget为运行状态信息中电网下达给光伏电站的电压控制目标，ukT％、ukt％分别为光伏电站主变、箱变的短路阻抗，SN1为主变的额定容量，SN2为箱变的额定容量和，ΔP为两次调整之间的电站有功输出的变化量， P为运行状态信息中整个光伏电站的有功输出。
无功补偿与逆变器之间的无功指令分配，具体为，
计算光伏电站逆变器及SVG/SVC可调整的感性无功和容性无功总量，按照保留最大动态无功容量原则进行无功指令分配，即如果逆变器的可调整无功总量满足本次调节需求，则全部由逆变器承担本次调节，SVG/SVC不参与本次调节；否则，将逆变器无法满足的本次调节的空缺调节量，由SVG/SVC补足。
逆变器可调整的无功总量公式为，
Figure GDA0003158179840000031
Figure GDA0003158179840000032
其中，ΔQmax_ij为第i条馈线第j个逆变器可调整的无功量，ΔQtotal逆变器为逆变器总的无功可调量，其中，以发出感性无功为正；PN为逆变器额定功率，PFmax为逆变器最大运行功率因数，Qcurij为运行状态信息中第i条馈线第j个逆变器的无功输出状态，m为光伏电站内馈线条数，k为每条馈线逆变器个数。
SVG/SVC可调整的无功总量公式为，
Figure GDA0003158179840000033
其中，ΔQc表示SVG/SVC的无功可调总量，QL.max,QC.max分别为SVG/SVC 最大感性无功和容性无功输出量，Qcur为运行状态信息中SVG/SVC当前无功输出量，以输出感性无功为正。
按照如下公式来分配SVG/SVC和逆变器之间的无功；
对于SVC/SVG、整个光伏电站逆变器无功调整指令：
Figure GDA0003158179840000034
Figure GDA0003158179840000035
其中，ΔQref.c为SVC/SVG需要调整的无功量，ΔQref.逆变器total为整个光伏电站逆变器需要的调整的无功量，ΔQT为整个光伏电站无功需求改变量，ΔQtotal逆变器为逆变器总的无功可调量。
光伏电站内部各条馈线之间无功指令分配，具体为，
计算光伏电站内每条馈线可调整的感性和容性无功总量，按照等裕度法，计算每条馈线无功指令。
每条馈线无功指令公式为，
Figure GDA0003158179840000041
其中，QREF馈线i为馈线i的总的无功指令，ΔQ馈线i为馈线i需要调整的无功量，
Figure GDA0003158179840000042
Qcurij为运行状态信息中第i条馈线第j个逆变器的无功输出状态。
各条馈线上各台逆变器之间的无功指令分配，具体为，
计算每台逆变器的最小无功阈值，按照最小无功流动的原则进行无功指令分配；即根据逆变器与并网母线之间的距离划分优先级，优先让距离母线近的逆变器在最小无功输出阈值的基础上追加无功输出，直至满足馈线无功输出要求。
最小无功阈值公式为，
Figure GDA0003158179840000043
其中，Qijmin为第i条馈线第j个逆变器的最小无功阈值，ukt％为光伏电站箱变的短路阻抗，SN2为箱变的额定容量和，Pcurij为运行状态信息中第i条馈线第j个逆变器的有功输出状态。
假设第i条馈线第h个逆变器完成无功指令追加，那么各逆变器的无功指令为，
Figure GDA0003158179840000051
Figure GDA0003158179840000052
其中，QREFij为第i条馈线第j个逆变器的无功指令，Qijmax为第i条馈线第j 个逆变器的最大无功输出能力，QREF馈线i为馈线i的总的无功指令，Qijmin为第i 条馈线第j个逆变器的最小无功阈值，PFmax为逆变器最大运行功率因数，PN为逆变器额定功率。
一种大型光伏电站AVC控制系统，包括
采集模块：用以获取光伏电站运行状态信息；
判断模块：判断运行状态信息的PPC点实际电压不低于阈值是否成立，若成立则判断AVC从电网侧接收的是电压指令还是无功指令；
无功功率计算模块：当AVC从电网侧接收的是电压指令时，计算本次光伏电站所需调整的无功功率；
无功指令分配模块：当AVC从电网侧接收的是无功指令时，分配无功指令，分配无功指令包括分配无功补偿与逆变器之间的无功指令、分配光伏电站内部各条馈线之间无功指令以及分配各条馈线上各台逆变器之间的无功指令。
本发明所达到的有益效果：本发明的无功指令分配包括三层分配，即无功补偿与逆变器之间的无功指令分配、光伏电站内部各条馈线之间无功指令分配以及各条馈线上各台逆变器之间的无功指令分配，实现了光伏电站中SVG/SVC 与逆变器、逆变器之间的无功出力协同运行，有效防止了无功长距离流动，减少了电站内部集电线路损耗。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为电压无功转换计算示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种大型光伏电站AVC(即自动电压无功控制)控制方法：先获取光伏电站运行状态信息；当运行状态信息中的PPC点实际电压不低于阈值时，如果AVC 系统从电网侧接收的是电压指令，则计算本次光伏电站所需调整的无功功率；如果AVC系统从电网侧接收的是无功指令，则进行无功指令分配。
上述方法的具体过程如图1所示，包括以下步骤：
步骤1，获取光伏电站PPC点、逆变器和SVG/SVG的运行状态信息，具体包括PCC点的实际电压Upcc、整个光伏电站的有功输出P、整个光伏电站的无功输出Q、第i条馈线第j个逆变器的有功输出状态Pcurij、第i条馈线第j个逆变器的无功输出状态Qcurij、SVG/SVC的输出状态Qcur、电网下达给光伏电站的电压控制目标Utarget或电网下达给光伏电站的无功控制目标Qtarget。
步骤2，判断PPC点电压是否低于阈值，阈值为0.9Un，Un为PCC点额定电压，如果低于，则闭锁控制系统，否则转至步骤3。
步骤3，判断接收的是电网无功指令还是电压指令，如果接收的是无功指令，则转至步骤4，如果接收的是电压指令，则按照电压和无功转换关系，计算本次光伏电站所需调整的无功功率，转至步骤4。
电压和无功转换关系如附图2所示，如果电压指令或者前次和本次有功偏差值均在死区防误内，则本次电压到无功的转化不启动；否则，则启动本次电压到无功指令的转化，具体的转化公式入下：
Figure GDA0003158179840000071
其中，ΔQT为整个光伏电站无功需求改变量，X、R分别为PPC点系统侧等效电阻和电抗，ΔUpcc＝Utarget-Upcc，ukT％、ukt％分别为光伏电站主变、箱变的短路阻抗，ΔUpcc为PPC点电压调整量，SN1为主变的额定容量，SN2为箱变的额定容量和，ΔP为两次调整之间的电站有功输出的变化量，P为当前光伏电站总的有功输出。
传统的AVC控制是基于PI闭环反馈控制思想，在计算光伏电站所需调整的无功功率时速度和精度较差，无法满足快速无功控制要求，而这里采用电压和无功转换关系计算光伏电站所需调整的无功功率，大大提高了进算速度和精度。
步骤4，计算光伏电站逆变器及SVG/SVC可调整的感性无功和容性无功总量，按照保留最大动态无功容量原则，优先将无功指令给逆变器，剩余无功指令则由SVG/SVC补足。
保留最大动态无功容量原则进行无功指令分配，即如果逆变器的可调整无功总量可以满足本次调节需求，则全部由逆变器承担本次调节，SVG/SVC不参与本次调节；否则，将逆变器无法满足的本次调节的空缺调节量，由SVG/SVC 补足。
对于逆变器而言，根据逆变器输出功率因数的可调上下限制可计算感性、容性无功的可调总量，按照下式计算：
Figure GDA0003158179840000081
Figure GDA0003158179840000082
其中，ΔQmax_ij为第i条馈线第j个逆变器可调整的无功量，ΔQtotal逆变器为逆变器总的无功可调量，其中，以发出感性无功为正；PN为逆变器额定功率，PFmax为逆变器最大运行功率因数，Qcurij为逆变器当前无功输出，m为光伏电站内馈线条数，k为每条馈线逆变器个数。
对于SVG、SVC而言，则根据SVG/SVC的最大可调整的无功计算具体如下：
Figure GDA0003158179840000083
其中，ΔQc表示SVG/SVC无功可调量，QL.max,QC.max分别为SVG/SVC最大感性无功和容性无功输出量，Qcur为SVG/SVC当前无功输出量，同样，以输出感性无功为正。
无功补偿与逆变器之间的无功指令按照最大动态无功保留裕度的原则分配，优先将无功指令给逆变器，剩余无功指令则由SVG/SVC补足，则根据 SVG/SVC可调量以及逆变器总的可调量，指按照如下公式来分配总的调节需求量ΔQT，对于SVG/SVC无功调整指令：
Figure GDA0003158179840000084
对于逆变器总的无功调整指令：
Figure GDA0003158179840000091
其中，ΔQref.c为SVC/SVG需要调整的无功量，ΔQref.逆变器total为整个光伏电站逆变器需要的调整的无功量。
步骤5，计算光伏电站内每条馈线可调整的感性和容性无功总量，按照等裕度法，计算每条馈线无功指令。
首先，计算馈线需要调整的无功量ΔQ馈线i，如下：
Figure GDA0003158179840000092
则馈线i的总的无功指令为：
Figure GDA0003158179840000093
其中，QREF馈线i为馈线i的总的无功指令。
步骤6，计算每台逆变器的最小无功阈值，按照最小无功流动的原则，在最小无功阈值的基础上，计算每台逆变器的追加无功输出，直至满足馈线无功输出要求。
每台逆变器的最小无功阈值，是指每个逆变器室的两逆变器至少需要补偿该箱变的无功消耗，则该逆变器最小的无功阈值，其计算如下：
Figure GDA0003158179840000094
其中，Qijmin为第i条馈线第j个逆变器的最小无功阈值。
最小无功流动的原则进行分配，是指通过逆变器的输出有功输出状态计算相应箱变无功损耗，以确定每台逆变器的最小无功输出阈值；根据逆变器与并网母线之间的距离划分优先级，优先让距离母线近的逆变器在最小无功输出阈值的基础上追加无功输出，直至满足馈线无功输出要求。
假设第i条馈线第h个逆变器完成无功指令追加，那么各逆变器的无功指令为，
Figure GDA0003158179840000101
Figure GDA0003158179840000102
其中，QREFij为第i条馈线第j个逆变器的无功指令，Qijmax为第i条馈线第j 个逆变器的最大无功输出能力。
当每个逆变器无功指令计算完成并下达后，本次调节任务完成。
上述方法包含光伏电站无功需求量计算和无功指令分配两大部分；其中，光伏电站无功需求量计算考虑了光伏电站有功输出变化的影响，通过计算前后两次有功变化量对光伏电站内部系统无功消耗量的改变以及光伏电站外部系统对无功需求的改变量，来确定光伏电站总的无功需求改变量；无功指令的分配包含了3个层的分配，即无功补偿与逆变器之间的无功指令分配、光伏电站内部各条馈线之间无功指令分配、各条馈线上各台逆变器之间的无功指令分配，无功补偿与逆变器之间的无功指令按照最大动态无功保留裕度的原则分配，光伏电站内部各条馈线之间无功指令按照各条馈线可调无功裕度等比例分配，各条馈线上各台逆变器无功指令分配则按照最小无功流动的原则进行分配。无功指令3层分配方案整体实现光伏电站中SVG/SVC与逆变器、逆变器之间的无功出力协同运行，可有效协调大量逆变器间无功输出，防止无功长距离流动，减少电站内部集电线路损耗等问题。
一种大型光伏电站AVC控制系统，包括采集模块、判断模块、无功功率计算模块和无功指令分配模块，各模块的功能如下：
采集模块：用以获取光伏电站运行状态信息；
判断模块：判断运行状态信息的PPC点实际电压不低于阈值是否成立，若成立则判断AVC从电网侧接收的是电压指令还是无功指令；
无功功率计算模块：当AVC从电网侧接收的是电压指令时，计算本次光伏电站所需调整的无功功率；
无功指令分配模块：当AVC从电网侧接收的是无功指令时，分配无功指令，分配无功指令包括分配无功补偿与逆变器之间的无功指令、分配光伏电站内部各条馈线之间无功指令以及分配各条馈线上各台逆变器之间的无功指令。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：包括，
获取光伏电站运行状态信息；
当运行状态信息中的PPC点实际电压不低于阈值时，如果AVC系统从电网侧接收的是电压指令，则按照电压和无功转换关系，计算本次光伏电站所需调整的无功功率，进行无功指令分配；如果AVC系统从电网侧接收的是无功指令，则进行无功指令分配，无功指令分配包括无功补偿与逆变器之间的无功指令分配、光伏电站内部各条馈线之间无功指令分配以及各条馈线上各台逆变器之间的无功指令分配；
电压和无功转换关系为，
Figure FDA0003158179830000011
其中，ΔQT为整个光伏电站无功需求改变量，Upcc为PCC点的实际电压，X、R分别为PPC点系统侧等效电阻和电抗，ΔUpcc为PPC点电压调整量，ΔUpcc＝Utarget-Upcc，Utarget为运行状态信息中电网下达给光伏电站的电压控制目标，ukT％、ukt％分别为光伏电站主变、箱变的短路阻抗，SN1为主变的额定容量，SN2为箱变的额定容量和，ΔP为两次调整之间的电站有功输出的变化量，P为运行状态信息中整个光伏电站的有功输出。
2.根据权利要求1所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：无功补偿与逆变器之间的无功指令分配，具体为，
计算光伏电站逆变器及SVG/SVC可调整的感性无功和容性无功总量，按照保留最大动态无功容量原则进行无功指令分配，即如果逆变器的可调整无功总量满足本次调节需求，则全部由逆变器承担本次调节，SVG/SVC不参与本次调节；否则，将逆变器无法满足的本次调节的空缺调节量，由SVG/SVC补足。
3.根据权利要求2所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：逆变器可调整的无功总量公式为，
Figure FDA0003158179830000021
Figure FDA0003158179830000022
其中，ΔQmax_ij为第i条馈线第j个逆变器可调整的无功量，ΔQtotal逆变器为逆变器总的无功可调量，其中，以发出感性无功为正；PN为逆变器额定功率，PFmax为逆变器最大运行功率因数，Qcurij为运行状态信息中第i条馈线第j个逆变器的无功输出状态，m为光伏电站内馈线条数，k为每条馈线逆变器个数。
4.根据权利要求2所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：SVG/SVC可调整的无功总量公式为，
Figure FDA0003158179830000023
其中，ΔQc表示SVG/SVC的无功可调总量，QL.max,QC.max分别为SVG/SVC最大感性无功和容性无功输出量，Qcur为运行状态信息中SVG/SVC当前无功输出量，以输出感性无功为正。
5.根据权利要求2所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：按照如下公式来分配SVG/SVC和逆变器之间的无功；
对于SVC/SVG、整个光伏电站逆变器无功调整指令：
Figure FDA0003158179830000031
Figure FDA0003158179830000032
其中，ΔQref.c为SVC/SVG需要调整的无功量，ΔQref.逆变器total为整个光伏电站逆变器需要的调整的无功量，ΔQT为整个光伏电站无功需求改变量，ΔQtotal逆变器为逆变器总的无功可调量。
6.根据权利要求1所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：光伏电站内部各条馈线之间无功指令分配，具体为，
计算光伏电站内每条馈线可调整的感性和容性无功总量，按照等裕度法，计算每条馈线无功指令。
7.根据权利要求6所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：每条馈线无功指令公式为，
Figure FDA0003158179830000033
其中，QREF馈线i为馈线i的总的无功指令，ΔQ馈线i为馈线i需要调整的无功量，
Figure FDA0003158179830000034
Qcurij为运行状态信息中第i条馈线第j个逆变器的无功输出状态，ΔQref.逆变器total为整个光伏电站逆变器需要的调整的无功量，ΔQtotal逆变器为逆变器总的无功可调量，ΔQmax_ij为第i条馈线第j个逆变器可调整的无功量，k为每条馈线逆变器个数。
8.根据权利要求1所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：各条馈线上各台逆变器之间的无功指令分配，具体为，
计算每台逆变器的最小无功阈值，按照最小无功流动的原则进行无功指令分配；即根据逆变器与并网母线之间的距离划分优先级，优先让距离母线近的逆变器在最小无功输出阈值的基础上追加无功输出，直至满足馈线无功输出要求。
9.根据权利要求8所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：最小无功阈值公式为，
Figure FDA0003158179830000041
其中，Qijmin为第i条馈线第j个逆变器的最小无功阈值，ukt％为光伏电站箱变的短路阻抗，SN2为箱变的额定容量和，Pcurij为运行状态信息中第i条馈线第j个逆变器的有功输出状态。
10.根据权利要求8所述的一种大型光伏电站AVC控制方法，其特征在于：假设第i条馈线第h个逆变器完成无功指令追加，那么各逆变器的无功指令为，
Figure FDA0003158179830000042
Figure FDA0003158179830000043
其中，QREFij为第i条馈线第j个逆变器的无功指令，Qijmax为第i条馈线第j个逆变器的最大无功输出能力，QREF馈线i为馈线i的总的无功指令，Qijmin为第i条馈线第j个逆变器的最小无功阈值，PFmax为逆变器最大运行功率因数，PN为逆变器额定功率，k为每条馈线逆变器个数。
11.一种大型光伏电站AVC控制系统，其特征在于：包括
采集模块：用以获取光伏电站运行状态信息；
判断模块：判断运行状态信息的PPC点实际电压不低于阈值是否成立，若成立则判断AVC从电网侧接收的是电压指令还是无功指令，若为电压指令，转至无功功率计算模块，若为无功指令，转至无功指令分配模块；
无功功率计算模块：按照电压和无功转换关系，计算本次光伏电站所需调整的无功功率，转至无功指令分配模块；
电压和无功转换关系为，
Figure FDA0003158179830000051
其中，ΔQT为整个光伏电站无功需求改变量，Upcc为PCC点的实际电压，X、R分别为PPC点系统侧等效电阻和电抗，ΔUpcc为PPC点电压调整量，ΔUpcc＝Utarget-Upcc，Utarget为运行状态信息中电网下达给光伏电站的电压控制目标，ukT％、ukt％分别为光伏电站主变、箱变的短路阻抗，SN1为主变的额定容量，SN2为箱变的额定容量和，ΔP为两次调整之间的电站有功输出的变化量，P为运行状态信息中整个光伏电站的有功输出；
无功指令分配模块：分配无功指令，分配无功指令包括分配无功补偿与逆变器之间的无功指令、分配光伏电站内部各条馈线之间无功指令以及分配各条馈线上各台逆变器之间的无功指令。
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