CN109149662A - 一种光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法，实时检测并网点电压值，计算所需补偿的无功功率参考值；根据网络有功最小原则计算各无功源的最优分配系数，确定分配给光伏并网逆变器和无功补偿设备补偿无功功率；校验分配给各无功源的补偿无功功率是否在其可发无功范围，对于分配的补偿无功功率超过可发无功范围的无功源，按照可发无功上限进行无功功率补偿，计算新的无功功率缺额，对于分配的补偿无功功率未超过可发无功范围的无功源，调整最优分配系数，分配新的无功功率缺额；各无功源按各自无功分配结果协调出力，共同调节并网点电压。本发明既可随时向电网输送有功功率，也可为电网提供无功支撑,并且降低了控制成本。

Description

一种光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化技术领域，特别是光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法。

背景技术

近年来随着光伏产业迅速发展，系统成本不断降低，光伏并网技术逐渐成熟，建设大型并网光伏电站成为大规模利用太阳能的有效方式。但是光伏并网点电压波动甚至越限的问题会对电网带来不利影响，因此光伏电站必须具备无功电压控制能力。现有的无功电压控制方法主要有：(1)改变有载调压变压器的分接头调节电压，但调压效果受限于系统无功的充裕度，可能因负调压效应导致电压崩溃。(2)利用储能电池的充放电控制调节并网系统的输出功率，但是控制技术复杂且储能装置成本昂贵。(3)利用投切电容器和静止无功发生器等无功补偿装置进行调压，但这就忽略了逆变器的无功输出能力，增大光伏电站运行成本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、无功整定：实时检测并网点电压值，计算所需补偿的无功功率参考值；

步骤2、无功分配：根据网络有功最小原则计算各无功源的最优分配系数，确定分配给光伏并网逆变器和无功补偿设备补偿无功功率；

步骤3、容量限制判断：根据各光伏并网逆变器的当前有功出力、无功出力、功率因数上下限和无功补偿设备的运行状态，确定各无功源的可发无功范围，校验分配给各无功源的补偿无功功率是否在其可发无功范围，若是，则转至步骤5，否则转至步骤4；

步骤4、无功调整：对于分配的补偿无功功率超过可发无功范围的无功源，按照可发无功上限进行无功功率补偿，计算新的无功功率缺额，对于分配的补偿无功功率未超过可发无功范围的无功源，调整最优分配系数，分配新的无功功率缺额，并转至步骤3；

步骤5、各无功源按各自无功分配结果协调出力，共同调节并网点电压。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：本发明根据并网点电压实时值，通过无功整定环节得到无功功率补偿值，结合各并网逆变器无功补偿设备的运行状态,综合考虑光伏电站内部各无功源的无功输出能力，以网络有功损耗最小为目标形成各无功源协调出力的控制策略，从而共同调节并网点电压稳定。在该控制策略下，调压效果和线路损耗都得到明显改善，并且能够减少无功补偿装置的成本。

附图说明

图1为本发明光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法的流程图。

图2为本发明根据并网点电压的Q(U)控制策略函数图。

图3为本发明计算最优分配系数k_i所对应的典型模型图。

图4为算例仿真并网点电压调节波形图。

具体实施例

下面结合附图和具体实施例，进一步说明本发明方案。

一种光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、无功整定：实时检测并网点电压值，计算所需补偿的无功功率参考值，其中计算所需补偿的无功功率参考值的具体方法为：

式中，U₁，U₂，U₃，U₄分别表示各阶段并网电压边界值的标幺值，根据光伏并网规程可以取U₁＝0.95，U₂＝0.98，U₃＝1.02，U₄＝1.05，Q_max为所有无功源可发无功最大值的和。

步骤2、无功分配：根据网络有功最小原则计算各无功源的最优分配系数，确定分配给光伏并网逆变器和无功补偿设备补偿无功功率，具体是：

按照网络有功最小求解各光伏并网逆变器的最优分配系数：

式中，R_i为逆变器i所在集电线路的电阻，k_i逆变器i的最优分配系数，n为系统中逆变器个数；

按照最优分配系数k_i进行分配，各光伏并网逆变器出力为：

Q_invi＝k_iQ_ref

式中，Q_invi为逆变器i分配的无功补偿功率，Q_ref为所需补偿的无功功率参考值；

无功补偿装置采用SVG补偿，其出力为：

式中，Q_SVG为无功补偿装置分配的无功补偿功率。

步骤3、容量限制判断：根据各光伏并网逆变器的当前有功出力、无功出力、功率因数上下限和无功补偿设备的运行状态，确定各无功源的可发无功范围，校验分配给各无功源的补偿无功功率是否在其可发无功范围，若是，则转至步骤5，否则转至步骤4。各逆变器的可发无功范围受其视在功率和本身容量的限制，具体确定方法为：

考虑逆变器视在功率，有：

式中，Q_i为第i台逆变器的可发无功功率，P_i为第i台逆变器的有功功率，λ_imin和λ_imax为第i台逆变器功率因数上、下限；

考虑到逆变器本身的容量限制，有：

式中，S_imax表示第i台逆变器的容量；

所以，每台逆变器的无功约束表示为：

相当于每台并网逆变器的无功容量为：

式中，Q_imin表示第i台逆变器的感性无功容量，Q_imax表示第i台逆变器的容性无功容量；

同时无功补偿装置所发无功也应在其容量范围内，有：

Q_c≤Q_cmax

式中，Q_cmax表示无功补偿装置容量。

步骤4、无功调整：对于分配的补偿无功功率超过可发无功范围的无功源，按照可发无功上限进行无功功率补偿，计算新的无功功率缺额，对于分配的补偿无功功率未超过可发无功范围的无功源，调整最优分配系数，分配新的无功功率缺额，并转至步骤3，具体是根据各逆变器分配的无功功率与可发无功上、下限的关系，调整无功分配：

若第i台逆变器发出的感性无功Q_invi≥Q_imax，则Q_invi＝Q_imax，即对于超出感性无功容量的逆变器按其感性无功容量进行出力，且不参与后续再分配过程；

若第i台逆变器发出的容性无功Q_invi≤Q_imin，则Q_invi＝Q_imin，即对于超出容性无功容量的逆变器按其容性无功容量进行出力，且不参与后续再分配过程；

若第i台逆变器发出的无功功率满足无功约束，即Q_imin＜Q_invi＜Q_imax，将无功功率参考值与不满足约束的逆变器所分配的无功功率作差，得到新的无功缺额并将对应的最优分配系数进行归一化处理，得到新的最优分配系数按照重新分配新的无功缺额，其中新的最优分配系数：

式中，k_i逆变器i的最优分配系数，m为满足无功约束的逆变器个数。

步骤5、各无功源按各自无功分配结果协调出力，共同调节并网点电压。

实施例

为了验证本发明方案的有效性，进行如下仿真实验。在Matlab/Simulink环境下按照图3搭建光伏并网系统等效模型，光伏发电单元取3组，每组由2个500kW逆变器组成，无功补偿装置容量取800kVar，各线路参数如表1。

表1线路参数

利用本发明方法进行多无功源的协调出力，并网点电压调节波形如图4所示，可以看出：不采用无功支撑时并网点电压上下限已分别达到1.053和0.948，波动较大；采用本文所提出的多无功源协调出力的电压支撑策略后，并网点电压水平调节为0.984—1.016水平，波动较小处于合理范围内。

Claims (5)

1.一种光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、无功整定：实时检测并网点电压值，计算所需补偿的无功功率参考值；

步骤2、无功分配：根据网络有功最小原则计算各无功源的最优分配系数，确定分配给光伏并网逆变器和无功补偿设备补偿无功功率；

步骤3、容量限制判断：根据各光伏并网逆变器的当前有功出力、无功出力、功率因数上下限和无功补偿设备的运行状态，确定各无功源的可发无功范围，校验分配给各无功源的补偿无功功率是否在其可发无功范围，若是，则转至步骤5，否则转至步骤4；

步骤4、无功调整：对于分配的补偿无功功率超过可发无功范围的无功源，按照可发无功上限进行无功功率补偿，计算新的无功功率缺额，对于分配的补偿无功功率未超过可发无功范围的无功源，调整最优分配系数，分配新的无功功率缺额，并转至步骤3；

步骤5、各无功源按各自无功分配结果协调出力，共同调节并网点电压。

2.根据权利要求1所述的光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法，其特征在于，步骤1计算所需补偿的无功功率参考值的具体方法为：

式中，U₁，U₂，U₃，U₄分别表示各阶段并网电压边界值的标幺值，根据光伏并网规程取U₁＝0.95，U₂＝0.98，U₃＝1.02，U₄＝1.05，Q_max为所有无功源可发无功最大值的和。

3.根据权利要求1所述的光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法，其特征在于，步骤2按照网络有功最小求解各光伏并网逆变器的最优分配系数：

式中，R_i为逆变器i所在集电线路的电阻，k_i逆变器i的最优分配系数，n为系统中逆变器个数；

按照最优分配系数k_i进行分配，各光伏并网逆变器出力为：

Q_invi＝k_iQ_ref

式中，Q_invi为逆变器i分配的无功补偿功率，Q_ref为所需补偿的无功功率参考值；

无功补偿装置采用SVG补偿，其出力为：

式中，Q_SVG为无功补偿装置分配的无功补偿功率。

4.根据权利要求1所述的光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法，其特征在于，步骤3中各逆变器的可发无功范围受其视在功率和本身容量的限制；

考虑逆变器视在功率，有：

式中，Q_i为第i台逆变器的可发无功功率，P_i为第i台逆变器的有功功率，λ_imin和λ_imax为第i台逆变器功率因数上、下限；

考虑到逆变器本身的容量限制，有：

式中，S_imax表示第i台逆变器的容量；

所以，每台逆变器的无功约束表示为：

相当于每台并网逆变器的无功容量范围为：

式中，Q_imin表示第i台逆变器的感性无功容量，Q_imax表示第i台逆变器的容性无功容

量；

同时无功补偿装置所发无功也应在其容量范围内，有：

Q_c≤Q_cmax

式中，Q_cmax表示无功补偿装置容量。

5.根据权利要求4所述的光伏并网系统多无功源协调出力的控制方法，其特征在于，步骤4根据各逆变器分配的无功功率与可发无功上、下限的关系，调整无功分配，具体是：

若第i台逆变器发出的无功功率Q_invi≥Q_imax，则Q_invi＝Q_imax，即对于超出感性无功容量的逆变器按其感性无功容量进行出力，且不参与后续再分配过程；

若第i台逆变器发出的无功功率Q_invi≤Q_imin，则Q_invi＝Q_imin，即对于超出容性无功容量的逆变器按其容性无功容量进行出力，且不参与后续再分配过程；

若第i台逆变器发出的无功功率满足无功约束，即Q_imin＜Q_invi＜Q_imax，将无功功率参考值与不满足约束的逆变器所分配的无功功率作差，得到新的无功缺额并将对应的最优分配系数进行归一化处理，得到新的最优分配系数按照重新分配新的无功缺额，其中新的最优分配系数：

式中，k_i逆变器i的最优分配系数，m为满足无功约束的逆变器个数。