CN109256781B - 一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法及装置 - Google Patents

一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，采集光伏电站并网点电压模拟量信号，计算并网点电压瞬时值Uinstant及并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr，如果|Uerr|大于死区电压值Uset，则根据Uerr采用PI控制算法计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，根据当前逆变器工作状态，统计可控逆变器个数N及计算总无功功率目标值Qtotal，将Qtotal通过通讯分配到各个可控逆变器。本发明还公开了相应的调节装置本发明计算并网点电压无需数据窗，可快速调节并网点电压到预设范围内，避免光伏电站电压越限情况，适合实际工程应用。

Description

一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法及装置
技术领域
本发明涉及新能源发电控制领域，尤其涉及光伏电站中光伏逆变器的无功功率控制。
背景技术
光伏发电近年来发展迅猛，部分地区光伏装机容量占比已经相当高，当前电压无功控制系统因响应速度慢已无法满足目前电网运行调整的需求，当电网运行电压出现严重异常或者发生严重故障时，光伏无法实现无功的快速调节，另外为了能够实现光伏电站并网点母线电压的控制，光伏电站均需配置一定容量的SVG设备，该设备在设备投资和后期运行上均占用业主大量的投资成本，上述问题已经严重制约了我国对光伏的利用水平。
光伏电站通过基于电力电子技术的逆变器接入电网，从原理上说，具备了无功功率快速控制的能力，当电网发生电压扰动时，光伏电站通过无功功率快速协调控制，参与电网电压调节，将对电网的安全稳定运行发挥巨大的作用。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法及装置，适用于大型光伏电站，计算并网点电压无需数据窗，能快速调节并网点电压到预设范围内，避免光伏电站电压越限情况。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，获取并网点电压信息，通过计算光伏电站输出无功功率的目标值，调节并网点电压到预期值，所述方法具体包括如下步骤：
步骤1：采集光伏电站并网点电压模拟量信号；
步骤2：计算并网点电压瞬时值Uinstant；
步骤3：计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr，如果差值绝对值|Uerr|小于等于死区电压值Uset，返回步骤1；如果|Uerr|大于死区电压值Uset，根据Uerr计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr；
步骤4：根据当前逆变器工作状态及全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，统计可控逆变器个数N及计算总无功功率目标值Qtotal；
步骤5：将Qtotal通过通讯分配到各个可控逆变器，返回步骤1。
进一步地，所述步骤1中光伏电站并网点电压模拟量信号使用交流模拟量采集插件通过硬接线采集或者通过合并单元采集后使用SV信号传输。
进一步地，所述步骤2中电压瞬时值Uinstant的计算方法是：
电压基准值为UB，将获取的并网点电压模拟量信号标幺化得Ua、Ub、Uc，进行clark变换得到Uα、Uβ；
Figure BDA0001818459080000021
实时计算Ua、Ub、Uc相位，构造与Ua、Ub、Uc同相位且幅值标幺值为1/3的三相虚拟电流Ia、Ib、Ic，将构造的虚拟电流进行clark变换得到Iα、Iβ；
Figure BDA0001818459080000022
计算虚拟瞬时有功功率标幺值P*＝UαIα+UβIβ；
则电压瞬时标幺值等于虚拟瞬时有功功率标幺值，即U*＝P*；
得到电压瞬时值Uinstant＝U*UB。
进一步地，所述步骤3中根据Uerr采用PI控制算法计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr。
进一步地，所述步骤3中全站逆变器无功功率变化目标值Qerr计算方法是：
计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr＝Uref-Uinstant，如果其绝对值|Uerr|＞Uset，则
Figure BDA0001818459080000023
其中，Uref为光伏电站期望电压值，s为复变量，Kt为功率系数，Tr为时间常数、Kp为比例系数、Ki为积分系数。
进一步地，所述步骤4中可控逆变器的总无功功率目标值Qtotal计算方法是：
实时采集每个逆变器的实时状态量信息，确定可控逆变器个数N及可控逆变器总初始无功功率Qbase，计算总无功功率目标值Qtotal＝Qbase+Qerr。
进一步地，所述步骤5中Qtotal是通过GOOSE通讯等裕度的分配到各个可控逆变器。
本发明同时提出了一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节装置，所述装置包括：
电压采集模块，用于采集光伏电站并网点电压模拟量信号；
电压瞬时值计算模块，用于根据电压采集模块的电压信息计算并网点电压瞬时值Uinstant；
电压差值及无功功率变化目标值计算模块，用于接收电压瞬时值计算模块的并网点电压瞬时值Uinstant，并计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr，如果|Uerr|大于死区电压值Uset，根据Uerr计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，并触发总无功功率目标值计算模块；
总无功功率目标值计算模块，用于根据当前逆变器工作状态及全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，统计可控逆变器个数N及计算总无功功率目标值Qtotal；
无功功率分配模块，用于将Qtotal通过通讯分配到各个可控逆变器。
进一步地，所述电压采集模块中光伏电站并网点电压模拟量信号使用交流模拟量采集插件通过硬接线采集或者通过合并单元采集后使用SV信号传输。
进一步地，所述电压瞬时值计算模块中电压瞬时值Uinstant的计算方法是：
电压基准值为UB，将获取的并网点电压模拟量信号标幺化得Ua、Ub、Uc，进行clark变换得到Uα、Uβ；
Figure BDA0001818459080000031
实时计算Ua、Ub、Uc相位，构造与Ua、Ub、Uc同相位且幅值标幺值为1/3的三相虚拟电流Ia、Ib、Ic，将构造的虚拟电流进行clark变换得到Iα、Iβ；
Figure BDA0001818459080000041
计算虚拟瞬时有功功率标幺值P*＝UαIα+UβIβ；
则电压瞬时标幺值等于虚拟瞬时有功功率标幺值，即U*＝P*；
得到电压瞬时值Uinstant＝U*UB。
进一步地，所述电压差值及无功功率变化目标值计算模块中，根据Uerr采用PI控制算法计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr。
进一步地，所述电压差值及无功功率变化目标值计算模块中，全站逆变器无功功率变化目标值Qerr计算方法是：
计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr＝Uref-Uinstant，如果其绝对值|Uerr|＞Uset，则
Figure BDA0001818459080000042
其中，Uref为光伏电站期望电压值，s为复变量，Kt为功率系数，Tr为时间常数、Kp为比例系数、Ki为积分系数。
进一步地，所述总无功功率目标值计算模块中，可控逆变器的总无功功率目标值Qtotal计算方法是：
实时采集每个逆变器的实时状态量信息，确定可控逆变器个数N及可控逆变器总初始无功功率Qbase，计算总无功功率目标值Qtotal＝Qbase+Qerr。
进一步地，所述无功功率分配模块中Qtotal是通过GOOSE通讯等裕度的分配到各个可控逆变器。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，通过并网点电压瞬时值算法得到实时电压幅值，该算法无需数据窗，能无延时反应并网点电压变化；通过PI控制算法及GOOSE通讯方式能实现并网点电压百毫秒级的无差调节。
附图说明
图1是光伏电站控制结构示意图。
图2是一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法的流程图。
图3是并网点电压瞬时值计算示意图。
图4是调节无功功率时并网点电压变化示意图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，计算并网点电压无需数据窗，可快速调节并网点电压在预设范围内，避免光伏电站电压越限情况。
本发明应用场景为光伏电站，光伏电站控制结构示意图如图1所示，正常情况下，光伏逆变器根据上级AVC指令输出无功功率。控制装置通过PT采集并网点母线电压，和站内各个光伏逆变器通过以太网通讯，采集逆变器状态信息，并网点母线电压异常情况下生成无功功率调节指令通过GOOSE通讯方式下发，从无功功率调节指令生成到逆变器响应此指令的时间为30ms。
该装置生成各个逆变器的无功功率调节指令的流程图如图2所示，具体为：
(1)控制装置使用交流模拟量采集插件通过硬接线采集光伏电站并网点电压模拟量信号。
(2)电压基准值为UB，将获取的并网点电压模拟量信号标幺化得Ua、Ub、Uc，进行clark变换得到Uα、Uβ；
Figure BDA0001818459080000051
实时计算Ua、Ub、Uc相位，通过程序构造与Ua、Ub、Uc同相位且幅值标幺值为1/3的三相虚拟电流Ia、Ib、Ic，将构造的虚拟电流进行clark变换得到Iα、Iβ；
Figure BDA0001818459080000052
计算虚拟瞬时有功功率标幺值P*＝UαIα+UβIβ；
则电压瞬时标幺值等于虚拟瞬时有功功率标幺值，即U*＝P*；
得到电压瞬时值Uinstant＝U*UB。
(3)计算预期电压与电压瞬时值的差值Uerr＝Uref-Uinstant，如果其绝对值|Uerr|≤Uset，返回不调节；如果|Uerr|＞Uset，则全站逆变器无功功率变化目标值Qerr为：
Figure BDA0001818459080000061
其中，Uref为光伏电站期望电压值，s为复变量，Kt为功率系数，Tr为时间常数、Kp为比例系数、Ki为积分系数，以上参数通过工程经验进行设置。
(4)实时采集每个逆变器的实时状态量信息，确定本次调节过程中可控逆变器个数N及可控逆变器总初始无功功率Qbase，计算总无功功率目标值Qtotal＝Qbase+Qerr
(5)通过GOOSE通讯等裕度下发无功目标值至可控逆变器。
上述调节过程中GOOSE指令下发间隔设置为40ms，直至并网点电压调整到预设范围以内，退出本次调节。
图3为并网点电压瞬时值计算示意图，图中包含三相电压及电压瞬时值，当电压发生跌落时，通过本发明步骤2的算法无需数据窗，可以立即计算出并网点电压瞬时值。
图4为调节无功功率时并网点电压变化示意图，图中上半部分是调节过程中全站一次无功功率的变化过程，图中下半部分是调节过程中并网点电压的变化过程，当电压异常时，通过本发明计算得到的全站无功功率目标值调整光伏逆变器的无功功率可以将电压调整到预设范围。
本发明同时公开了一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节装置的实施例，所述装置包括：
电压采集模块，用于采集光伏电站并网点电压模拟量信号；
电压瞬时值计算模块，用于根据电压采集模块的电压信息计算并网点电压瞬时值Uinstant；
电压差值及无功功率变化目标值计算模块，用于接收电压瞬时值计算模块的并网点电压瞬时值Uinstant，并计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr，如果|Uerr|大于死区电压值Uset，根据Uerr计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，并触发总无功功率目标值计算模块；
总无功功率目标值计算模块，用于根据当前逆变器工作状态及全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，统计可控逆变器个数N及计算总无功功率目标值Qtotal；
无功功率分配模块，用于将Qtotal通过通讯分配到各个可控逆变器。
其中，所述电压采集模块中光伏电站并网点电压模拟量信号使用交流模拟量采集插件通过硬接线采集或者通过合并单元采集后使用SV信号传输。
其中，所述电压瞬时值计算模块中电压瞬时值Uinstant的计算方法是：
电压基准值为UB，将获取的并网点电压模拟量信号标幺化得Ua、Ub、Uc，进行clark变换得到Uα、Uβ；
Figure BDA0001818459080000071
实时计算Ua、Ub、Uc相位，构造与Ua、Ub、Uc同相位且幅值标幺值为1/3的三相虚拟电流Ia、Ib、Ic，将构造的虚拟电流进行clark变换得到Iα、Iβ；
Figure BDA0001818459080000072
计算虚拟瞬时有功功率标幺值P*＝UαIα+UβIβ；
则电压瞬时标幺值等于虚拟瞬时有功功率标幺值，即U*＝P*；
得到电压瞬时值Uinstant＝U*UB。
其中，所述电压差值及无功功率变化目标值计算模块中，根据Uerr采用PI控制算法计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr。
其中，所述电压差值及无功功率变化目标值计算模块中，全站逆变器无功功率变化目标值Qerr计算方法是：
计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr＝Uref-Uinstant，如果其绝对值|Uerr|＞Uset，则
Figure BDA0001818459080000081
其中，Uref为光伏电站期望电压值，s为复变量，Kt为功率系数，Tr为时间常数、Kp为比例系数、Ki为积分系数。
其中，所述总无功功率目标值计算模块中，可控逆变器的总无功功率目标值Qtotal计算方法是：
实时采集每个逆变器的实时状态量信息，确定可控逆变器个数N及可控逆变器总初始无功功率Qbase，计算总无功功率目标值Qtotal＝Qbase+Qerr。
其中，所述无功功率分配模块中Qtotal是通过GOOSE通讯等裕度的分配到各个可控逆变器。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，其特征在于：获取并网点电压信息，通过计算光伏电站输出无功功率的目标值，调节并网点电压到预期值，所述方法包括如下步骤：
步骤1：采集光伏电站并网点电压模拟量信号；
步骤2：计算并网点电压瞬时值Uinstant，计算方法是：
电压基准值为UB，将获取的并网点电压模拟量信号标幺化得Ua、Ub、Uc，进行clark变换得到Uα、Uβ；
Figure FDA0003218755180000011
实时计算Ua、Ub、Uc相位，构造与Ua、Ub、Uc同相位且幅值标幺值为1/3的三相虚拟电流Ia、Ib、Ic，将构造的虚拟电流进行clark变换得到Iα、Iβ；
Figure FDA0003218755180000012
计算虚拟瞬时有功功率标幺值P*＝UαIα+UβIβ；
则电压瞬时标幺值等于虚拟瞬时有功功率标幺值，即U*＝P*；
得到电压瞬时值Uinstant＝U*UB；
步骤3：计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr，如果差值绝对值｜Uerr｜小于等于死区电压值Uset，返回步骤1；如果｜Uerr｜大于死区电压值Uset，根据Uerr计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr；
步骤4：根据当前逆变器工作状态及全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，统计可控逆变器个数N及计算总无功功率目标值Qtotal；
步骤5：将Qtotal通过GOOSE通讯等裕度的分配到各个可控逆变器，返回步骤1。
2.如权利要求1所述的一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，其特征在于：
所述步骤1中光伏电站并网点电压模拟量信号使用交流模拟量采集插件通过硬接线采集或者通过合并单元采集后使用SV信号传输。
3.如权利要求1所述的一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，其特征在于：所述步骤3中根据Uerr采用PI控制算法计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr。
4.如权利要求1所述的一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，其特征在于：
所述步骤3中全站逆变器无功功率变化目标值Qerr计算方法是：
计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr＝Uref-Uinstant，如果其绝对值｜Uerr｜＞Uset，则
Figure FDA0003218755180000021
其中，Uref为光伏电站期望电压值，s为复变量，Kt为功率系数，Tr为时间常数、Kp为比例系数、Ki为积分系数。
5.如权利要求1所述的一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节方法，其特征在于：
所述步骤4中可控逆变器的总无功功率目标值Qtotal计算方法是：
实时采集每个逆变器的实时状态量信息，确定可控逆变器个数N及可控逆变器总初始无功功率Qbase，计算总无功功率目标值Qtotal＝Qbase+Qerr。
6.一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节装置，其特征在于，所述装置包括：
电压采集模块，用于采集光伏电站并网点电压模拟量信号；
电压瞬时值计算模块，用于根据电压采集模块的电压信息计算并网点电压瞬时值Uinstant，计算方法是：
电压基准值为UB，将获取的并网点电压模拟量信号标幺化得Ua、Ub、Uc，进行clark变换得到Uα、Uβ；
Figure FDA0003218755180000031
实时计算Ua、Ub、Uc相位，构造与Ua、Ub、Uc同相位且幅值标幺值为1/3的三相虚拟电流Ia、Ib、Ic，将构造的虚拟电流进行clark变换得到Iα、Iβ；
Figure FDA0003218755180000032
计算虚拟瞬时有功功率标幺值P*＝UαIα+UβIβ；
则电压瞬时标幺值等于虚拟瞬时有功功率标幺值，即U*＝P*；
得到电压瞬时值Uinstant＝U*UB；
电压差值及无功功率变化目标值计算模块，用于接收电压瞬时值计算模块的并网点电压瞬时值Uinstant，并计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr，如果｜Uerr｜大于死区电压值Uset，根据Uerr计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，并触发总无功功率目标值计算模块；
总无功功率目标值计算模块，用于根据当前逆变器工作状态及全站逆变器无功功率变化目标值Qerr，统计可控逆变器个数N及计算总无功功率目标值Qtotal；
无功功率分配模块，用于将Qtotal通过GOOSE通讯等裕度的分配到各个可控逆变器。
7.如权利要求6所述的一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节装置，其特征在于：
所述电压采集模块中光伏电站并网点电压模拟量信号使用交流模拟量采集插件通过硬接线采集或者通过合并单元采集后使用SV信号传输。
8.如权利要求6所述的一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节装置，其特征在于：所述电压差值及无功功率变化目标值计算模块中，根据Uerr采用PI控制算法计算全站逆变器无功功率变化目标值Qerr。
9.如权利要求6所述的一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节装置，其特征在于：
所述电压差值及无功功率变化目标值计算模块中，全站逆变器无功功率变化目标值Qerr计算方法是：
计算并网点电压瞬时值与期望电压值的差值Uerr＝Uref-Uinstant，如果其绝对值｜Uerr｜＞Uset，则
Figure FDA0003218755180000041
其中，Uref为光伏电站期望电压值，s为复变量，Kt为功率系数，Tr为时间常数、Kp为比例系数、Ki为积分系数。
10.如权利要求6所述的一种光伏电站中光伏逆变器无功功率调节装置，其特征在于：
所述总无功功率目标值计算模块中，可控逆变器的总无功功率目标值Qtotal计算方法是：
实时采集每个逆变器的实时状态量信息，确定可控逆变器个数N及可控逆变器总初始无功功率Qbase，计算总无功功率目标值Qtotal＝Qbase+Qerr。
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