CN109327050B - 一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法及系统终端 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电网电压控制技术领域，尤其涉及一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法及系统终端。分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法包括以下步骤：实时对台变光伏并网点电能质量参数和各并网设备运行参数进行采集；进行无功电压控制，调节光伏逆变器的无功出力，在光伏逆变器有功出力达不到额定容量时，利用剩余功率容量为电网提供无功支撑；进行储能电压控制，通过光伏储能进行充放电调节光伏并网功率，控制储能发出无功功率进行无功电压控制。本发明不仅充分考虑光伏逆变器的有功/无功可调裕度，有效利用光伏储能协调控制，还可达到提高逆变器运行效率和实现电网负荷削峰填谷的目的以及光伏电站的最优化输出和稳定电网电压控制。

Description

一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法及系统终端
技术领域
本发明属于电网电压控制技术领域，尤其涉及一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法及系统终端。
背景技术
传统配电网的典型特征之一是集中式供电，由上级输电系统提供单点电源向周围的配电系统中辐射供电，在不考虑变压器分接头的前提下，由于线路阻抗的存在，越靠近线路首端的电压越高，越靠近线路末端的电压越低，为了保证线路末端的用电需求，线路首端一般高出额定值得10％。然而，分布式电源接入配电网后，传统单一电源辐射式供电的格局被打破，出现多点供电的情况。如果分布式电源输出能量足够多，超过“本地消纳”能力，而工作在“余量上网”的情况，则潮流方向发生变化，则会造成电压分布的彻底改变，使线路末端电压高于首端，称为电压翘尾。而传统电力系统中，线路首端本身就额定电压高出10％，加入分布式电源后线路末端及靠近末端的电压就会超过电压允许上限，称为电压升越限，尤其在农网弱电网，电压严重越限过高问题已成为我国推进光伏扶贫方案的首道难题和“拦路石”。
这一现象在逆变器集群高密度多接入点的情况中更加明显。现有无功电压控制方法会要求线路末端逆变器吸收过多的感性无功，甚至超过其视在功率限。而且电网结构参数复杂，一些反馈算法的动态响应较慢。这些缺点制约了无功电压控制在逆变器集群中的应用。
因此，开发一套分布式光伏并网稳定电网电压控制系统具有十分重要的现实意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的光伏并网无功电压控制策略的不足的技术问题，本发明提供一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法及系统终端。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法，其包括以下步骤：
实时对台变光伏并网点电能质量参数和各并网设备运行参数进行采集；
进行无功电压控制，调节光伏逆变器的无功出力，在光伏逆变器有功出力达不到额定容量时，利用剩余功率容量为电网提供无功支撑；
进行储能电压控制，通过光伏储能进行充放电调节光伏并网功率，控制储能发出无功功率进行无功电压控制。
优选的，还包括自学习有功记忆法电压控制步骤，当分布式光伏逆变器以最大限度发出或吸收无功功率，储能变流器根据自身容量的最大限度发出或吸收有功功率，而并网控制点电压依旧越限造成电能质量问题时，通过自学习记忆法对分布式光伏逆变器进行有功电压控制，使节点电压能够有效的控制在正常范围区间之内。
优选的，进行无功电压控制的策略为：
光伏逆变器可调无功容量和逆变器容量的关系为：
Figure BDA0001830938640000021
式中：
Figure BDA0001830938640000022
为光伏逆变器的最大无功功率输出量；Ppv为光伏逆变器输出的有功功率；S为光伏逆变器的容量，可比逆变器的额定有功功率增加0％-10％；
无功电压控制策略包括电压参考环节、无功整定环节以及无功分配环节；
电压参考环节实时给定光伏逆变器并网控制点的参考电压Uref,无功整定环节通过基于光伏逆变器并网点电压幅值的Q(U)无功电压控制策略整定得到维持逆变器并网控制点电压所需的无功参考量Qref，其具体实现方式如式(1)所示；
Figure BDA0001830938640000031
式中，u1、u2、u3、u4分别等于0.93Uref、0.95Uref、1.05Uref、1.07Uref，upcc为分布式光伏逆变器并网控制点实时电压；
Qmax依据分布式光伏逆变器的实时运行工况通过式(1)计算所得，当upcc≤0.95Uref或upcc≥1.05Uref时，分布式光伏逆变器开始发出或吸收无功功率；
当upcc≤0.93Uref或upcc≥1.07Uref时，分布式光伏逆变器根据自身容量的最大限度发出或吸收无功功率以维持并网点电压在要求的范围区间之内。
优选的，进行储能电压控制的策略为：
通过调节储能变流器，对储能的充/放电进行控制，同时发出无功功率进行无功电压控制；
储能变流器的额定功率为PconvN，储能电池的充放电电流是0.3～0.5c，则储能变流器可调有功功率Pconvmax为：
Pconvmax＝0.3*PconvN (2)
储能变流器可调无功容量和逆变器容量的关系为：
Figure BDA0001830938640000032
式中：
Figure BDA0001830938640000033
为储能变流器的最大无功功率输出量；Pconv为储能变流器实时输出的有功功率；S为储能变流器的容量；
储能充/放电控制策略包括电压参考环节，有功/无功整定环节以及有功/无功分配环节；
电压参考环节实时给定并网点的参考电压Uref,有功整定环节通过式(2)得到储能变流器的最大有功输出量Pconvmax，通过基于并网点电压幅值的P(U)有功电压控制策略整定得到维持并网控制点电压所需的有功参考量Pref，无功整定环节通过式(3)整定得到储能变流器的最大无功输出量
Figure BDA0001830938640000041
和Qref，其具体实现方式如式(4)、式(5)所示：
Figure BDA0001830938640000042
Figure BDA0001830938640000043
式中，u0、u1、u2、u3、u4、u5为并网控制点的电压控制区间分段点，分别等于0.90Uref、0.93Uref、0.95Uref、1.05Uref、1.07Uref、1.10Uref，Upcc为并网控制点实时电压；
Pconvmax主要依据储能变流器的额定有功功率通过式(2)计算所得，当upcc≤0.93Uref或upcc≥1.07Uref时，储能变流器开始发出或吸收有功功率；当upcc≤0.90Uref或upcc≥1.10Uref时，储能变流器根据自身容量的最大限度发出或吸收有功功率以维持并网点电压在要求的范围区间之内。
优选的，自学习有功记忆法电压控制包括电压参考环节、有功整定环节以及有功分配环节组成；
电压参考环节实时给定并网点的参考电压Uref；有功整定环节通过对历史数据进行分析，记录并网监控点电压越限前一时刻t-1时，满足条件0.90Uref≤upcc(t-1)≤1.10Uref的并网监控点的有功功率Pt-1；有功分配环节按相似裕度法对分布式光伏逆变器并网点电压等比例分配，具体实现方式如式(6)所示；
Figure BDA0001830938640000051
式中，ΔPpv为并网监控点电压越限时与越限前一时刻的功率差值，Upvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在t时刻的并网点线电压，ΔPpvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在i时刻需要调整的功率差值，Ppvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器t时刻所发出的有功功率，Ppvsi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在t时刻有功功率分配值。
一种中央测控系统终端，其采用如以上所述的分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法对分布式光伏电网进行控制。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：本发明提供的分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法，分布式电源接入电网后致使并网点电压升高越限的问题可得到有效的解决。本发明不仅充分考虑光伏逆变器的有功/无功可调裕度，有效利用光伏储能协调控制，还可达到提高逆变器运行效率和实现电网负荷削峰填谷的目的以及光伏电站的最优化输出和稳定电网电压控制。
附图说明
图1为本发明稳定电网电压控制方法流程图；
图2为分布式光伏并网系统结构示意图；
图3光伏逆变器Q(U)法无功电压控制实现示意图；
图4为储能变流器Q&P(U)控制策略实现方式示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
如图1所示，在本实施方式中，提供了一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法，其包括以下步骤：
实时对台变光伏并网点电能质量参数和各并网设备运行参数进行采集；
进行无功电压控制，调节光伏逆变器的无功出力，在光伏逆变器有功出力达不到额定容量时，利用剩余功率容量为电网提供无功支撑；
进行储能电压控制，通过光伏储能进行充放电调节光伏并网功率，控制储能发出无功功率进行无功电压控制。
优选的，还包括自学习有功记忆法电压控制步骤，当分布式光伏逆变器以最大限度发出或吸收无功功率，储能变流器根据自身容量的最大限度发出或吸收有功功率，而并网控制点电压依旧越限造成电能质量问题时，通过自学习记忆法对分布式光伏逆变器进行有功电压控制，使节点电压能够有效的控制在正常范围区间之内。
分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法主要针对分布式电源接入电网后致使并网点电压升高越限的问题。实时对台变光伏并网点电能质量参数和各并网设备运行参数进行采集，从并网光伏逆变器与光伏储能相互配合的角度，调节光伏逆变器的无功出力，充分利用光伏逆变器的无功调节能力，在其有功出力达不到额定容量时，利用剩余功率容量为电网提供无功支撑，并通过光伏储能进行充放电调节光伏并网功率，减少电压偏差，同时储能也可进行无功补偿，改善功率因数。此外，当分布式光伏逆变器以最大限度发出或吸收无功功率，储能变流器根据自身容量的最大限度发出或吸收有功功率，而并网控制点电压依旧越限造成电能质量问题时，通过自学习记忆法对分布式光伏逆变器进行有功电压控制，使节点电压能够有效的控制在正常范围区间之内。
使用本发明，分布式电源接入电网后致使并网点电压升高越限的问题可得到有效的解决。本发明不仅充分考虑光伏逆变器的有功/无功可调裕度，有效利用光伏储能协调控制，还可达到提高逆变器运行效率和实现电网负荷削峰填谷的目的以及光伏电站的最优化输出和稳定电网电压控制。
如图1所示，分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法主要流程为光伏逆变器Q(U)法无功电压控制、储能电压控制与自学习有功记忆法电压控制相结合进行分层协调稳定电网电压控制。
(1)Q(U)法无功电压控制策略
光伏逆变器可调无功容量和逆变器容量的关系为：
Figure BDA0001830938640000071
式中：
Figure BDA0001830938640000072
为光伏逆变器的最大无功功率输出量；Ppv为光伏逆变器输出的有功功率；S为光伏逆变器的容量，可比逆变器的额定有功功率增加0％-10％。例如，光伏逆变器的容量S＝110％*PN，则光伏逆变器最大无功功率控制量为光伏逆变器额定并网有功功率的46％，通过适当增加光伏逆变器的容量即可使光伏逆变器获得较强的无功功率调节能力。
无功电压控制策略由电压参考环节、无功整定环节以及无功分配环节组成。电压参考环节实时给定光伏逆变器并网控制点的参考电压Uref,无功整定环节通过基于光伏逆变器并网点电压幅值的Q(U)无功电压控制策略整定得到维持逆变器并网控制点电压所需的无功参考量Qref，其具体实现方式如式(1)所示。
Figure BDA0001830938640000081
式中，u1、u2、u3、u4分别等于0.93Uref、0.95Uref、1.05Uref、1.07Uref，upcc为分布式光伏逆变器并网控制点实时电压。
图3为Q(U)无功电压控制的实现示意图，Qmax主要依据分布式光伏逆变器的实时运行工况通过上式计算所得，当upcc≤0.95Uref或upcc≥1.05Uref时，分布式光伏逆变器开始发出或吸收无功功率；当upcc≤0.93Uref或upcc≥1.07Uref时，分布式光伏逆变器根据自身容量的最大限度发出或吸收无功功率以维持并网点电压在要求的范围区间之内。
(2)储能电压控制策略
通过调节储能变流器，即可实现储能的充/放电控制，同时也可发出无功功率进行无功电压控制。
储能变流器的额定功率为PconvN，为保障电池的正常工作和使用寿命，储能电池的充放电电流应是0.3～0.5c。则储能变流器可调有功功率Pconvmax为：
Pconvmax＝0.3*PconvN (2)
储能变流器可调无功容量和逆变器容量的关系为：
Figure BDA0001830938640000082
式中：
Figure BDA0001830938640000083
为储能变流器的最大无功功率输出量；Pconv为储能变流器实时输出的有功功率；S为储能变流器的容量，可比储能变流器的额定有功功率增加0％-10％，储能变流器的最大无功功率控制量为储能变流器额定有功功率的46％。
储能充/放电控制策略由电压参考环节，有功/无功整定环节以及有功/无功分配环节组成。电压参考环节实时给定并网点的参考电压Uref，有功整定环节通过式(2)得到储能变流器的最大有功输出量Pconvmax，通过基于并网点电压幅值的P(U)有功电压控制策略整定得到维持并网控制点电压所需的有功参考量Pref，无功整定环节通过式(3)整定得到储能变流器的最大无功输出量
Figure BDA0001830938640000093
和Qref，其具体实现方式如式(4)、式(5)所示。
Figure BDA0001830938640000091
Figure BDA0001830938640000092
式中，u0、u1、u2、u3、u4、u5为并网控制点的电压控制区间分段点，分别等于0.90Uref、0.93Uref、0.95Uref、1.05Uref、1.07Uref、1.10Uref，Upcc为并网控制点实时电压。
图4为储能变流器Q&P(U)控制策略实现方式示意图，Pconvmax主要依据储能变流器的额定有功功率通过式(2)计算所得，当upcc≤0.93Uref或upcc≥1.07Uref时，储能变流器开始发出或吸收有功功率；当upcc≤0.90Uref或upcc≥1.10Uref时，储能变流器根据自身容量的最大限度发出或吸收有功功率以维持并网点电压在要求的范围区间之内。
(3)自学习有功记忆法电压控制
当分布式光伏逆变器以最大限度发出或吸收无功功率，储能变流器根据自身容量的最大限度发出或吸收有功功率，而并网控制点电压依旧越限造成电能质量问题时，本文提出一种自学习记忆法对分布式光伏逆变器进行有功电压控制。
自学习有功记忆法电压控制由电压参考环节、有功整定环节以及有功分配环节组成。电压参考环节实时给定并网点的参考电压Uref；有功整定环节通过对历史数据进行分析，记录并网监控点电压越限前一时刻t-1时，满足条件0.90Uref≤upcc(t-1)≤1.10Uref的并网监控点的有功功率Pt-1；有功分配环节按相似裕度法对分布式光伏逆变器并网点电压等比例分配。具体实现方式如式(6)所示。
Figure BDA0001830938640000101
式中，ΔPpv为并网监控点电压越限时与越限前一时刻的功率差值，Upvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在t时刻的并网点线电压，ΔPpvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在i时刻需要调整的功率差值，Ppvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器t时刻所发出的有功功率，Ppvsi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在t时刻有功功率分配值。
如图2所示，为实现本发明所提出的分布式光伏并网稳定电网电压控制方法，提供了一种中央测控系统终端，其采用如以上所述的分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法对分布式光伏电网进行控制。该中央测控系统终端集成本发明中的分层协调稳定电网电压控制方法，通过电力载波通讯和RS-485通讯对台变光伏并网点的电能质量参数、并网光伏逆变器和储能变流器等设备的运行参数进行实时采集和控制指令的下发。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理，这些描述只是为了解释本发明的原理，不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法，包括以下步骤：
实时对台变光伏并网点电能质量参数和各并网设备运行参数进行采集；
进行无功电压控制，调节光伏逆变器的无功出力，在光伏逆变器有功出力达不到额定容量时，利用剩余功率容量为电网提供无功支撑；
进行储能电压控制，通过光伏储能进行充放电调节光伏并网功率，控制储能发出无功功率进行无功电压控制；
其特征在于，进行无功电压控制的策略为：
光伏逆变器可调无功容量和逆变器容量的关系为：
Figure FDA0002472885310000011
式中：
Figure FDA0002472885310000012
为光伏逆变器的最大无功功率输出量；Ppv为光伏逆变器输出的有功功率；S为光伏逆变器的容量，可比逆变器的额定有功功率增加0％-10％；
无功电压控制策略包括电压参考环节、无功整定环节以及无功分配环节；
电压参考环节实时给定光伏逆变器并网控制点的参考电压Uref,无功整定环节通过基于光伏逆变器并网点电压幅值的Q(U)无功电压控制策略整定得到维持逆变器并网控制点电压所需的无功参考量Qref，其具体实现方式如式(1)所示；
Figure FDA0002472885310000013
式中，u1、u2、u3、u4分别等于0.93Uref、0.95Uref、1.05Uref、1.07Uref，upcc为分布式光伏逆变器并网控制点实时电压；
Qmax依据分布式光伏逆变器的实时运行工况通过式(1)计算所得，当upcc≤0.95Uref或upcc≥1.05Uref时，分布式光伏逆变器开始发出或吸收无功功率；
当upcc≤0.93Uref或upcc≥1.07Uref时，分布式光伏逆变器根据自身容量的最大限度发出或吸收无功功率以维持并网点电压在要求的范围区间之内。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法，其特征在于，还包括自学习有功记忆法电压控制步骤，当分布式光伏逆变器以最大限度发出或吸收无功功率，储能变流器根据自身容量的最大限度发出或吸收有功功率，而并网控制点电压依旧越限造成电能质量问题时，通过自学习记忆法对分布式光伏逆变器进行有功电压控制，使节点电压能够有效的控制在正常范围区间之内。
3.根据权利要求1所述的分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法，其特征在于，进行储能电压控制的策略为：
通过调节储能变流器，对储能的充/放电进行控制，同时发出无功功率进行无功电压控制；
储能变流器的额定功率为PconvN，储能电池的充放电电流是0.3～0.5c，则储能变流器可调有功功率Pconvmax为：
Pconvmax＝0.3*PconvN (2)
储能变流器可调无功容量和逆变器容量的关系为：
Figure FDA0002472885310000021
式中：
Figure FDA0002472885310000022
为储能变流器的最大无功功率输出量；Pconv为储能变流器实时输出的有功功率；S为储能变流器的容量；
储能充/放电控制策略包括电压参考环节，有功/无功整定环节以及有功/无功分配环节；
电压参考环节实时给定并网点的参考电压Uref,有功整定环节通过式(2)得到储能变流器的最大有功输出量Pconvmax，通过基于并网点电压幅值的P(U)有功电压控制策略整定得到维持并网控制点电压所需的有功参考量Pref，无功整定环节通过式(3)整定得到储能变流器的最大无功输出量
Figure FDA0002472885310000031
和Qref，其具体实现方式如式(4)、式(5)所示：
Figure FDA0002472885310000032
Figure FDA0002472885310000033
式中，u0、u1、u2、u3、u4、u5为并网控制点的电压控制区间分段点，分别等于0.90Uref、0.93Uref、0.95Uref、1.05Uref、1.07Uref、1.10Uref，Upcc为并网控制点实时电压；
Pconvmax主要依据储能变流器的额定有功功率通过式(2)计算所得，当upcc≤0.93Uref或upcc≥1.07Uref时，储能变流器开始发出或吸收有功功率；当upcc≤0.90Uref或upcc≤1.10Uref时，储能变流器根据自身容量的最大限度发出或吸收有功功率以维持并网点电压在要求的范围区间之内。
4.根据权利要求3所述的分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法，其特征在于，
自学习有功记忆法电压控制包括电压参考环节、有功整定环节以及有功分配环节组成；
电压参考环节实时给定并网点的参考电压Uref；有功整定环节通过对历史数据进行分析，记录并网监控点电压越限前一时刻t-1时，满足条件0.90Uref≤upcc(t-1)≤1.10Uref的并网监控点的有功功率Pt-1；有功分配环节按相似裕度法对分布式光伏逆变器并网点电压等比例分配，具体实现方式如式(6)所示；
Figure FDA0002472885310000041
式中，ΔPpv为并网监控点电压越限时与越限前一时刻的功率差值，Upvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在t时刻的并网点线电压，ΔPpvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在i时刻需要调整的功率差值，Ppvi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器t时刻所发出的有功功率，Ppvsi(t)为第i台分布式光伏并网逆变器在t时刻有功功率分配值。
5.一种中央测控系统终端，其特征在于，采用如权利要求1-4任意一项所述的分布式光伏并网的稳定电网电压控制方法对分布式光伏电网进行控制。
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