CN112467781A - 一种光伏电站主动控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种光伏电站主动控制方法和系统，包括：监测光伏电站的光伏逆变器交流侧电压；当交流侧电压跌落且低于低压穿越阈值时，则进行低压穿越控制；当交流侧电压升高且高于高压穿越阈值时，则进行高压穿越控制；当交流侧电压在高压穿越阈值与低压穿越阈值之间时，则执行常规控制。本发明采用的技术方案在直流换相失败过程的连续低压穿越或高压穿越主动支撑电网电压稳定；在直流闭锁时，退出电压支撑减小直流闭锁瞬间过电压，支撑电网安全稳定运行，提升直流送端光伏发电接纳容量。

Description

一种光伏电站主动控制方法和系统

技术领域

本发明属于新能源发电技术领域，具体涉及一种光伏电站主动控制方法和系统。

背景技术

为了保护环境，降低碳排放，非化石能源发电量占全部发电量的比重将逐渐提高。与之对应的电力系统一次能源将有巨大变革，消纳不断增长的可再生能源将会成为电力系统运行的主要目标之一。另一方面，特高压直流快速发展，已成为联网的主要方式，也是大规模可再生能源送出的主要通道。大规模新能源发电接入直流近区电网，直流与新能源、直流与交流间形成强耦合关系，大容量直流故障扰动对电网冲击巨大，电网运行安全域缩小，安全稳定问题突出，直流与大规模新能源发电连锁故障风险加大。

直流典型故障包含换相失败和闭锁，均可导致直流近区光伏电站机端电压和频率异常，现有的控制方法难以应对大规模光伏电站接入直流近区的安全稳定问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种光伏电站主动控制方法，包括：

监测光伏电站的光伏逆变器交流侧电压；

当所述交流侧电压跌落且低于低压穿越阈值时，则进行低压穿越控制；

当所述交流侧电压升高且高于高压穿越阈值时，则进行高压穿越控制；

当所述交流侧电压在高压穿越阈值与低压穿越阈值之间时，则执行常规控制。

优选的，所述进行低压穿越控制，包括：

判断电压跌落是否为不对称跌落：

若是，则执行预设的第一低电压控制策略；

否则，判断是否为预设时间段内第一次电压跌落：若是，则执行所述第一低电压控制策略，否则执行预设的第二低电压控制策略。

优选的，所述执行预设的第一低电压控制策略，包括：

基于第一低电压控制策略的低电压穿越无功支撑系数，计算第一低电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

根据所述无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

优选的，所述第一低电压控制策略的无功电流参考值计算式如下：

I_{q_lvrt}＝min(I_q0+K_{qv_lvrt}×(U_LV-U_term),I_max)

所述第一低电压控制策略的有功电流参考值计算式如下：

I_{p_lvrt}＝min(I_p0,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt}))

式中，I_{q_lvrt}为第一低电压控制策略的无功电流参考值，I_q0为光伏逆变器低电压穿越前的无功电流值，K_{qv_lvrt}为第一低电压控制策略的低电压穿越无功支撑系数，U_LV为低穿阈值，U_term为光伏逆变器交流侧电压的基波正序分量，I_max为光伏逆变器最大电流，I_{p_lvrt}为第一低电压控制策略的有功电流参考值，I_p0为光伏逆变器低电压穿越前的有功电流值。

优选的，所述执行预设的第二低电压控制策略，包括：

获取上一次进行低压穿越控制时的低电压穿越无功支撑系数；

将所述低电压穿越无功支撑系数减去预设值，作为第二低电压控制策略当前的低电压穿越无功支撑系数；

基于当前的所述低电压穿越无功支撑系数，计算第二低电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

根据所述无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

优选的，第二低电压控制策略的无功电流参考值计算式如下：

I_{q_lvrt2}＝min(I_q0+K_{qv_lvrt2}×(U_LV-U_term),I_max)

所述第二低电压控制策略的有功电流参考值计算式如下：

I_{p_lvrt2}＝min(I_p0,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt}))

式中，I_{q_lvrt2}为第二低电压控制策略的无功电流参考值，I_q0为光伏逆变器低电压穿越前的无功电流值，K_{qv_lvrt2}为第二低电压控制策略的低电压穿越无功支撑系数，U_LV为低穿阈值，U_term为光伏逆变器交流侧电压的基波正序分量，I_max为光伏逆变器最大电流，I_{p_lvrt2}为第二低电压控制策略的有功电流参考值，I_p0为光伏逆变器低电压穿越前的有功电流值。

优选的，所述进行高压穿越控制，包括：

基于高电压穿越控制策略的高电压穿越无功支撑系数，计算高电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

根据所述无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

优选的，所述高电压控制策略的无功电流参考值计算式如下：

I_{q_hvrt}＝min(I_q0+K_{qv_hvrt}×(U_HV-U_term),I_max)

所述高电压控制策略的有功电流参考值计算式如下：

I_{p_hvrt}＝min(P₀/U_term,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt}))

式中，I_{p_hvrt}为高电压控制策略的无功电流参考值，I_q0为光伏逆变器高电压穿越前的无功电流值，K_{qv_hvrt}为高电压穿越无功支撑系数，U_HV为高穿阈值，U_term为光伏逆变器交流侧电压的基波正序分量，I_max为光伏逆变器最大电流，I_{p_hvrt}为高电压控制策略的有功电流参考值，P₀为光伏逆变器高电压穿越前的有功功率值。

基于同一发明构思，本申请还提供了一种光伏电站主动控制系统，包括：电压监测模块、低穿控制模块、高穿控制模块和常规控制模块；

所述电压监测模块，用于监测光伏电站的光伏逆变器交流侧电压；

所述低穿控制模块，用于当所述交流侧电压跌落且低于低压穿越阈值时，进行低压穿越控制；

所述高穿控制模块，用于当所述交流侧电压升高且高于高压穿越阈值时，进行高压穿越控制；

所述常规控制模块，用于当所述交流侧电压在高压穿越阈值与低压穿越阈值之间时，执行常规控制。

优选的，所述低穿控制模块包括：对称判断单元、第一低穿单元、连续判断单元和第二低穿单元；

所述对称判断单元，用于判断电压跌落是否为不对称跌落：若是，则调用第一低穿单元，否则调用连续判断单元；

所述连续判断单元，用于判断是否为预设时间段内第一次电压跌落：若是，则调用第一低穿单元，否则调用第二低穿单元；

所述第一低穿单元，用于执行预设的第一低电压控制策略；

所述第二低穿单元，用于执行预设的第二低电压控制策略。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

本发明提出一种光伏电站主动控制方法和系统，包括：监测光伏电站的光伏逆变器交流侧电压；当交流侧电压跌落且低于低压穿越阈值时，则进行低压穿越控制；当交流侧电压升高且高于高压穿越阈值时，则进行高压穿越控制；当交流侧电压在高压穿越阈值与低压穿越阈值之间时，则执行常规控制。本发明采用的技术方案在直流换相失败过程的连续低压穿越或高压穿越主动支撑电网电压稳定；在直流闭锁时，退出电压支撑减小直流闭锁瞬间过电压，支撑电网安全稳定运行，提升直流送端光伏发电接纳容量。

附图说明

图1为本发明提供的一种光伏电站主动控制方法流程示意图；

图2为本发明提供的一个光伏电站主动控制方法实施例的流程示意图；

图3为本发明实施例中大规模光伏接入直流近区算例结构图；

图4为本发明实施例中直流2次换相失败闭锁故障情况下的光伏电站交流电压和有功功率、无功功率响应特性示意图；

图5为本发明实施例中直流2次换相失败闭锁故障情况下的光伏电站交流电压和有功电流、无功电流响应特性示意图；

图6为本发明提供的一种光伏电站主动控制系统基本结构示意图；

图7为本发明提供的一种光伏电站主动控制系统详细结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

实施例1：

本发明提供的一种光伏电站主动控制方法流程示意图如图1所示，包括：

监测光伏电站的光伏逆变器交流侧电压；

当交流侧电压跌落且低于低压穿越阈值时，则进行低压穿越控制；

当交流侧电压升高且高于高压穿越阈值时，则进行高压穿越控制；

当交流侧电压在高压穿越阈值与低压穿越阈值之间时，则执行常规控制。

具体的，为了可同时支撑直流复杂故障和常规交流故障，本发明提供了一种应对复杂直流故障的光伏电站主动控制策略。本发明中，直流复杂故障包括直流换相失败过程和直流闭锁过程，其中，连续低电压、高电压穿越对应直流换相失败过程；连续低电压、高电压的最后一个状态之后的高电压状态对应直流闭锁过程。

本发明中一种光伏电站主动控制策略基于光伏逆变器实现：

光伏逆变器控制逻辑包含电压监测、稳态功率控制、高/低电压穿越控制等环节；

高/低电压穿越控制在一定时间内标记逆变器进出低电压、高电压的连续状态，低电压期间输出无功功率，高电压期间吸收无功功率，连续数次后，关闭低电压输出无功功率功能。电网电压恢复稳定后，不再进行标记。

下面以图2示出的光伏电站主动控制方法为例，对本发明提供的技术方案进行说明。

步骤S1：监测光伏逆变器交流侧电压，若电网电压发生三相对称电压跌落，且基波正序分量U_term小于低电压穿越(简称低穿)阈值U_LV，则执行步骤S2，若电网电压发生不对称跌落，光伏逆变器执行步骤S2的低电压穿越控制策略，但不记录时间，然后返回步骤1；若电压高于高电压穿越(高穿)阈值U_HV，则执行步骤S4，否则执行步骤S5。

步骤S2：记录电压跌落开始时间t1，光伏逆变器执行低电压穿越控制策略1即第一低电压穿越控制策略：优先输出无功电流，剩余能力输出有功电流：

I_{q_lvrt}＝min(I_q0+K_{qv_lvrt}×(U_LV-U_term),I_max) (1)

I_{p_lvrt}＝min(I_p0,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt})) (2)

式中，I_{q_lvrt}和I_{p_lvrt}分别为光伏逆变器低电压穿越期间的无功电流和有功电流参考值；

I_p0和I_q0分别为光伏逆变器低电压穿越前的有功电流和无功电流值；

U_term为光伏逆变器交流侧电压基波正序分量实时值；

U_LV为低穿阈值，推荐值0.9p.u.；

K_{qv_lvrt}为低电压穿越无功支撑系数，推荐值1.5-3.0；

I_max为光伏逆变器最大电流；

步骤S3：继续监测光伏逆变器交流侧电压，电压恢复后产生二次对称跌落，则记录电压二次跌落时间t2，若t2-t1<T，则光伏逆变器执行低电压穿越控制策略2即第二低电压穿越控制策略：

I_{q_lvrt}＝min(I_q0+K_{qv_lvrt2}×(U_LV-U_term),I_max) (3)

I_{p_lvrt}＝min(I_p0,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt})) (4)

式中，I_{q_lvrt}和I_{p_lvrt}分别为光伏逆变器低电压穿越期间的无功电流和有功电流参考值；

I_p0和I_q0分别为光伏逆变器低电压穿越前的有功电流和无功电流值；

U_term为光伏逆变器交流侧电压基波正序分量实时值；

U_LV为低穿阈值；

K_{qv_lvrt2}为二次低电压穿越的无功支撑系数；

I_max为光伏逆变器最大电流；

T为判断复杂直流故障造成的连续故障穿越时间，推荐值0.2s。

此处，K_{qv_lvrt2}小于K_{qv_lvrt}，推荐值0-1.5。

否则，继续监测电压，若电压高于高电压穿越(高穿)阈值U_HV，则执行步骤S4，否则执行步骤S5。

步骤S4：电压高于高电压穿越(高穿)阈值U_HV，光伏逆变器执行高电压穿越控制策略：优先输出无功电流，剩余能力输出有功电流：

I_{q_hvrt}＝min(I_q0+K_{qv_hvrt}×(U_HV-U_term),I_max) (5)

I_{p_hvrt}＝min(P₀/U_term,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt})) (6)

式中，I_{q_hvrt}和I_{p_hvrt}分别为光伏逆变器高电压穿越期间的无功电流和有功电流参考值；

I_q0为光伏逆变器高电压穿越前的无功电流值；

P₀为光伏逆变器高电压穿越前的有功功率值；

U_term为光伏逆变器交流侧电压基波正序分量实时值；

U_HV为高穿阈值，推荐值1.1p.u.；

K_{qv_hvrt}为高电压穿越无功支撑系数，推荐值1.5-3.0；

I_max为光伏逆变器最大电流；

步骤S5：光伏逆变器交流侧电压处于低穿阈值U_LV和高穿阈值U_HV之间，执行光伏电站AGC自动发电控制的有功功率和无功功率控制指令，即进行常规控制。

步骤S6：继续监测电压，若电网电压发生三相对称电压跌落，且基波正序分量U_term小于低电压穿越(简称低穿)阈值U_LV，记录电压跌落时刻为t3，若t3-t2<T，则重复步骤S3，且三次低电压穿越的无功支撑系数K_{qv_lvrt3}继续减小，即执行再次减少低电压穿越的无功支撑系数的第二低电压穿越控制策略。

以图3所示的大规模光伏接入直流近区为例，采用本发明提供的光伏电站主动控制方法，图4示出了直流2次换相失败闭锁故障情况下的光伏电站交流电压和有功功率、无功功率响应特性，图5示出了直流2次换相失败闭锁故障情况下的光伏电站交流电压和有功电流、无功电流响应特性。图3中，内接三角形的长方形表示光伏汇集站，较大的同心圆为750kV变电站，较小的同心圆为330kV变电站。

实施例2：

基于同一发明构思，本发明还提供了一种光伏电站主动控制系统，由于这些设备解决技术问题的原理与光伏电站主动控制方法相似，重复之处不再赘述。

该系统基本结构如图6所示，包括：电压监测模块、低穿控制模块、高穿控制模块和常规控制模块；

其中，电压监测模块，用于监测光伏电站的光伏逆变器交流侧电压；

低穿控制模块，用于当交流侧电压跌落且低于低压穿越阈值时，进行低压穿越控制；

高穿控制模块，用于当交流侧电压升高且高于高压穿越阈值时，进行高压穿越控制；

常规控制模块，用于当交流侧电压在高压穿越阈值与低压穿越阈值之间时，执行常规控制。

光伏电站主动控制系统详细结构如图7所示。

其中，低穿控制模块包括：对称判断单元、第一低穿单元、连续判断单元和第二低穿单元；

对称判断单元，用于判断电压跌落是否为不对称跌落：若是，则调用第一低穿单元，否则调用连续判断单元；

连续判断单元，用于判断是否为预设时间段内第一次电压跌落：若是，则调用第一低穿单元，否则调用第二低穿单元；

第一低穿单元，用于执行预设的第一低电压控制策略；

第二低穿单元，用于执行预设的第二低电压控制策略。

其中，第一低穿单元包括：第一低穿参考值子单元和第一低穿控制子单元；

第一低穿参考值子单元，用于基于第一低电压控制策略的低电压穿越无功支撑系数，计算第一低电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

第一低穿控制子单元，用于根据无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

其中，第二低穿单元包括系数获取子单元、系数变化子单元、第二低穿参考值子单元和第二低穿控制子单元；

系数获取子单元，用于获取上一次进行低压穿越控制时的低电压穿越无功支撑系数；

系数变化子单元，用于将低电压穿越无功支撑系数减去预设值，作为第二低电压控制策略当前的低电压穿越无功支撑系数；

第二低穿参考值子单元，用于基于当前的低电压穿越无功支撑系数，计算第二低电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

第二低穿控制子单元，用于根据无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

其中，高穿控制模块包括：高穿参考值单元和高穿控制单元；

高穿参考值单元，用于基于高电压穿越控制策略的高电压穿越无功支撑系数，计算高电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

高穿控制单元，用于根据无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏电站主动控制方法，其特征在于，包括：

监测光伏电站的光伏逆变器交流侧电压；

当所述交流侧电压跌落且低于低压穿越阈值时，则进行低压穿越控制；

当所述交流侧电压升高且高于高压穿越阈值时，则进行高压穿越控制；

当所述交流侧电压在高压穿越阈值与低压穿越阈值之间时，则执行常规控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行低压穿越控制，包括：

判断电压跌落是否为不对称跌落：

若是，则执行预设的第一低电压控制策略；

否则，判断是否为预设时间段内第一次电压跌落：若是，则执行所述第一低电压控制策略，否则执行预设的第二低电压控制策略。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述执行预设的第一低电压控制策略，包括：

基于第一低电压控制策略的低电压穿越无功支撑系数，计算第一低电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

根据所述无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一低电压控制策略的无功电流参考值计算式如下：

I_{q_lvrt}＝min(I_q0+K_{qv_lvrt}×(U_LV-U_term),I_max)

所述第一低电压控制策略的有功电流参考值计算式如下：

I_{p_lvrt}＝min(I_p0,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt}))

式中，I_{q_lvrt}为第一低电压控制策略的无功电流参考值，I_q0为光伏逆变器低电压穿越前的无功电流值，K_{qv_lvrt}为第一低电压控制策略的低电压穿越无功支撑系数，U_LV为低穿阈值，U_term为光伏逆变器交流侧电压的基波正序分量，I_max为光伏逆变器最大电流，I_{p_lvrt}为第一低电压控制策略的有功电流参考值，I_p0为光伏逆变器低电压穿越前的有功电流值。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述执行预设的第二低电压控制策略，包括：

获取上一次进行低压穿越控制时的低电压穿越无功支撑系数；

将所述低电压穿越无功支撑系数减去预设值，作为第二低电压控制策略当前的低电压穿越无功支撑系数；

基于当前的所述低电压穿越无功支撑系数，计算第二低电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

根据所述无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，第二低电压控制策略的无功电流参考值计算式如下：

I_{q_lvrt2}＝min(I_q0+K_{qv_lvrt2}×(U_LV-U_term),I_max)

所述第二低电压控制策略的有功电流参考值计算式如下：

I_{p_lvrt2}＝min(I_p0,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt}))

式中，I_{q_lvrt2}为第二低电压控制策略的无功电流参考值，I_q0为光伏逆变器低电压穿越前的无功电流值，K_{qv_lvrt2}为第二低电压控制策略的低电压穿越无功支撑系数，U_LV为低穿阈值，U_term为光伏逆变器交流侧电压的基波正序分量，I_max为光伏逆变器最大电流，I_{p_lvrt2}为第二低电压控制策略的有功电流参考值，I_p0为光伏逆变器低电压穿越前的有功电流值。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述进行高压穿越控制，包括：

基于高电压穿越控制策略的高电压穿越无功支撑系数，计算高电压控制策略的无功电流参考值和有功电流参考值；

根据所述无功电流参考值和有功电流参考值，对光伏逆变器交流侧无功电流和有功电流进行控制。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述高电压控制策略的无功电流参考值计算式如下：

I_{q_hvrt}＝min(I_q0+K_{qv_hvrt}×(U_HV-U_term),I_max)

所述高电压控制策略的有功电流参考值计算式如下：

I_{p_hvrt}＝min(P₀/U_term,sqrt(I² _max-I² _{q_lvrt}))

式中，I_{p_hvrt}为高电压控制策略的无功电流参考值，I_q0为光伏逆变器高电压穿越前的无功电流值，K_{qv_hvrt}为高电压穿越无功支撑系数，U_HV为高穿阈值，U_term为光伏逆变器交流侧电压的基波正序分量，I_max为光伏逆变器最大电流，I_{p_hvrt}为高电压控制策略的有功电流参考值，P₀为光伏逆变器高电压穿越前的有功功率值。

9.一种光伏电站主动控制系统，其特征在于，包括：电压监测模块、低穿控制模块、高穿控制模块和常规控制模块；

所述电压监测模块，用于监测光伏电站的光伏逆变器交流侧电压；

所述低穿控制模块，用于当所述交流侧电压跌落且低于低压穿越阈值时，进行低压穿越控制；

所述高穿控制模块，用于当所述交流侧电压升高且高于高压穿越阈值时，进行高压穿越控制；

所述常规控制模块，用于当所述交流侧电压在高压穿越阈值与低压穿越阈值之间时，执行常规控制。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述低穿控制模块包括：对称判断单元、第一低穿单元、连续判断单元和第二低穿单元；

所述对称判断单元，用于判断电压跌落是否为不对称跌落：若是，则调用第一低穿单元，否则调用连续判断单元；

所述连续判断单元，用于判断是否为预设时间段内第一次电压跌落：若是，则调用第一低穿单元，否则调用第二低穿单元；

所述第一低穿单元，用于执行预设的第一低电压控制策略；

所述第二低穿单元，用于执行预设的第二低电压控制策略。

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