CN114050581B - 一种电站多无功源分级动态协调控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电站多无功源分级动态协调控制方法及装置，该方法包括实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压和无功功率；判断该并网点电压与电压最高限值和电压最低限值的关系；并根据比较结果进行动态协调控制。本发明的技术方案相比于现有技术中常规调压出力不考虑线路、变压器等无功损耗，没有对新能源、SVG和储能进行分级调节的问题，提出了分级动态协调控制方法，提高了新能源的利用率，降低了配置SVG容量，经济性强、控制效果好，实现方便。

Description

一种电站多无功源分级动态协调控制方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统功率控制技术领域，尤其涉及一种电站多无功源分级动态协调控制方法及装置。
背景技术
由于风光资源存在的波动性和弱惯量的特性，新业态下对电力系统安全稳定运行提出了更大的挑战，特别是快速的频率和电压主动支撑方面，相关文件要求配置适当容量的储能，缓解电力系统面临的稳定问题。
现有技术中对配置储能的(风、光)新能源场站在快速调频和调压方面开展了积极的研究，取得了丰富的研究成果，大多针对的是风储或光储进行了相应的技术研究。由于新能源电站线路的电抗、变压器铜线绕阻的电抗、变压器铁芯的感纳(感性电纳)以磁能的形式散发的无功损耗，目前的研究内容还没有涉及；另外对于风+光+储能一体化电站，在基于实际运行需求构建整体调控系统架构和多无功源协同互补控制方面目前还没有相应的研究成果。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种电站多无功源分级动态协调控制方法及装置，提高了新能源的利用率，降低了配置SVG容量，经济性强、控制效果好，实现方便。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电站多无功源分级动态协调控制方法，所述电站包括SVG设备、新能源设备和储能设备，包括：
实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压u和无功功率Q0；
判断该并网点电压u与电压最高限值uH和电压最低限值uL的关系；若u>uH，则减小无功出力，并根据AVC无功指令进行电压升高越限控制；若u＜uL，则增大无功出力，并根据AVC无功指令进行电压降低越限控制。
进一步的，根据以下公式计算所述无功出力：
其中，Q为应输出无功出力，K为电压调差系数，U为并网点实际线电压，T为线路损耗系数；UL＝UN-Ud，UH＝UN+Ud；UN为额定线电压，Ud为调压死区。
进一步的，所述电压升高越限控制包括：
判断所述AVC无功指令的调节方向是否为减小无功出力；若是，则根据所述AVC无功指令更新无功出力计算中的无功功率Q0；若否，则闭锁所述AVC无功指令，在预设区间内对无功功率Q0进行取值；
根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配。
进一步的，所述电压降低越限控制包括：
判断所述AVC无功指令的调节方向是否为增加无功出力；若是，则根据所述AVC无功指令更新无功出力计算中的无功功率Q0；若否，则闭锁所述AVC无功指令，在预设区间内对无功功率Q0进行取值
根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配。
进一步的，所述预设区间为0.001-0.003。
进一步的，所述根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配，包括：判断所述新能源设备和储能设备的发电状态；若所述无功出力满足要求，仅对所述新能源设备进行无功分配；若所述新能源设备的无功出力不足，则对储能设备的无功出力进行判断；
若所述储能设备的无功出力有余量，合并计算所述新能源设备和储能设备的无功出力是否满足要求；
若满足，则就所述新能源设备和储能设备进行无功分配；若不满足，则对SVG设备进行无功分配。
进一步的，还包括：当并网点电压u恢复至uH和uL之间时，停止无功出力。
根据本发明的第二个方面，提供了一种电站多无功源分级动态协调控制装置，所述电站包括SVG设备、新能源设备和储能设备，包括实时监测及计算模块和控制方法判断模块；其中，
所述实时监测及计算模，用于实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压u和无功功率Q0；
所述控制方法判断模块，用于判断该并网点电压u与电压最高限值uH和电压最低限值uL的关系；若u>uH，则减小无功出力，并根据AVC无功指令进行电压升高越限控制；若u＜uL，则增大无功出力，并根据AVC无功指令进行电压降低越限控制。
根据本发明的第三个方面，提供了一种电站二次控制系统，包括系统调度层、场站协调层、场站控制层和终端控制层；其中，
所述系统调度层，根据电网整体功率需求和功率预测结果，向所述电站下发有功和无功控制指令；
所述场站协调层包括新能源和储能调控系统以及动态协调控制装置；所述动态协调控制装置包括如上所述的多无功源分级动态协调控制装置；
所述场站控制层包括新能源光伏监控及功率控制系统、新能源风电监控及功率控制系统和储能监控及功率控制系统，以进行光伏、风电、电池和变流器的状态监测，以及有功和无功功率分配；
所述终端控制层包括SVG设备、新能源光伏设备、新能源风电设备和储能设备，用于接收有功和无功功率分配指令，以对所述设备进行控制。
进一步的，所述新能源和储能调控系统用于接收所述有功和无功控制指令，所述动态协调控制装置根据并网点的实时检测和计算结果，并结合所述有功和无功控制指令进行功率分配。
综上所述，本发明提供了一种电站多无功源分级动态协调控制方法及装置，该方法包括实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压和无功功率；判断该并网点电压与电压最高限值和电压最低限值的关系；并根据比较结果进行动态协调控制。本发明的技术方案相比于现有技术中常规调压出力不考虑线路、变压器等无功损耗，没有对新能源、SVG和储能进行分级调节的问题，提出了分级动态协调控制方法，提高了新能源的利用率，降低了配置SVG容量，经济性强、控制效果好，实现方便。
附图说明
图1是风光储一体化电站的电气结构示意图；
图2是本发明实施例电站多无功源分级动态协调控制方法的流程图；
图3是电压升高越限控制的流程图；
图4是电压降低越限控制的流程图；
图5是本发明实施例电站二次控制系统的整体框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面对结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种电站多无功源分级动态协调控制方法，该电站例如为风光储一体化电站，图1中示出了风光储一体化电站的电气结构示意图，该电站包括SVG设备、新能源设备和储能设备。光伏电站、风电场和储能电站分别通过升压变接入35kV母线，SVG通过升压变接入35kV母线，通过汇集后通过升压变升压至110kV接入大电网。本发明实施例提供的电站多无功源分级动态协调控制方法的流程图如图2所示，包括如下步骤：
实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压u和无功功率Q0。
判断该并网点电压u与电压最高限值uH和电压最低限值uL的关系；若u>uH，则减小无功出力，并根据AVC无功指令进行电压升高越限控制；若u＜uL，则增大无功出力，并根据AVC无功指令进行电压降低越限控制；当并网点电压u小于等于uH大于等于uL时：不进行调压控制功能。
本发明实施例的分级动态协调控制方法通过CT、PT直接采集并网点的频率和电压变化，实时计算并网点电压和无功功率，对下通过快速通信GOOSE机制完成无功指令的快速下发，根据新能源、储能和AVG设备的状态进行分级功率分配控制。以下进行详细说明。
无功出力的计算可以采用以下公式：
其中，Q为应输出无功出力，K为电压调差系数，U为并网点实际线电压，T为线路损耗系数；UL＝UN-Ud，UH＝UN+Ud；UN为额定线电压，Ud为调压死区。本发明实施例采用以上计算无功出力的公式，在计算无功出力的时候，考虑了线路和变压器造成的无功损耗。
该方法中，电压升高越限控制的流程图如图3所示，包括以下步骤：
判断所述AVC无功指令的调节方向是否为减小无功出力；若是，则根据所述AVC无功指令更新无功出力计算中的无功功率Q0；若否，则闭锁所述AVC无功指令，在预设区间内对无功功率Q0进行取值，该预设区间根据实际情况确定一般为取0.001-0.003之间。
根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配。
该方法中，电压降低越限控制的流程图如图4所示，包括以下步骤：
判断所述AVC无功指令的调节方向是否为增加无功出力；若是，则根据所述AVC无功指令更新无功出力计算中的无功功率Q0；若否，则闭锁所述AVC无功指令，在预设区间内对无功功率Q0进行取值，该预设区间根据实际情况确定一般为取0.001-0.003之间。
根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配。
其中根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配，包括：判断所述新能源设备和储能设备的发电状态；若所述无功出力满足要求，仅对所述新能源设备进行无功分配；若所述新能源设备的无功出力不足，则对储能设备的无功出力进行判断；
若所述储能设备的无功出力有余量，合并计算所述新能源设备和储能设备的无功出力是否满足要求；
若满足，则就所述新能源设备和储能设备进行无功分配；若不满足，则对SVG设备进行无功分配。
当并网点电压u恢复至uH和uL之间时，停止无功出力。
根据本发明的第二个实施例，提供了一种电站多无功源分级动态协调控制装置，所述电站包括SVG设备、新能源设备和储能设备，包括实时监测及计算模块和控制方法判断模块；其中，
所述实时监测及计算模，用于实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压u和无功功率Q0；
所述控制方法判断模块，用于判断该并网点电压u与电压最高限值uH和电压最低限值uL的关系；若u>uH，则减小无功出力，并根据AVC无功指令进行电压升高越限控制；若u＜uL，则增大无功出力，并根据AVC无功指令进行电压降低越限控制。
该实施例装置中各模块实现其功能的具体方法于本发明第一个实施例所提供的方法相同，在此不再赘述。
根据本发明的第三个实施例，提供了一种电站二次控制系统，该控制系统的整体框图如图5所示，包括系统调度层、场站协调层、场站控制层和终端控制层；其中，
所述系统调度层，根据电网整体功率需求和功率预测结果，向所述电站下发有功和无功控制指令。
所述场站协调层包括新能源和储能调控系统以及动态协调控制装置；所述动态协调控制装置包括本发明第二个实施例的多无功源分级动态协调控制装置；所述新能源和储能调控系统用于接收所述有功和无功控制指令，所述动态协调控制装置根据并网点的实时检测和计算结果，并结合所述有功和无功控制指令进行功率分配。新能源和储能调控系统接收调度下发的控制指令，主要完成长时间尺度的控制功能，比如有功功率和无功功率分配，移峰填谷等功能；动态协调控制装置直接检测升压站并网点的频率和电压变化，计算有功和无功需量，根据风、光、储和SVG的运行状态进行合理的功率分配，满足电网频率和电压的快速响应需求。
所述场站控制层包括新能源光伏监控及功率控制系统、新能源风电监控及功率控制系统和储能监控及功率控制系统，以进行光伏、风电、电池和变流器的状态监测，以及有功和无功功率分配。光伏监控及功率控制系统主要完成光伏状态监测，有功和无功功率分配功能；风电监控及功率控制系统主要完成风电状态监测，有功和无功功率分配功能；储能监控及功率控制系统主要完成电池和变流器的状态监测，有功和无功功率分配功能。
所述终端控制层包括SVG设备、新能源光伏设备、新能源风电设备和储能设备，用于接收有功和无功功率分配指令，以对所述设备进行控制。SVG主要接收外部命令完成无功控制功能；光伏逆变器主要完成光伏直流电转交流电并网发电的功能；风电变流器主要完成风电能量转换并网发电的功能；储能变流器主要完成直流电和交流电的双向控制功能。
综上所述，本发明涉及一种电站多无功源分级动态协调控制方法及其装置，该方法包括实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压和无功功率；判断该并网点电压与电压最高限值和电压最低限值的关系；并根据比较结果进行动态协调控制。本发明的技术方案相比于现有技术中常规调压出力不考虑线路、变压器等无功损耗，没有对新能源、SVG和储能进行分级调节的问题，提出了分级动态协调控制方法，提高了新能源的利用率，降低了配置SVG容量，经济性强、控制效果好，实现方便。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (6)

1.一种电站多无功源分级动态协调控制方法，所述电站包括SVG设备、新能源设备和储能设备，其特征在于，包括：
实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压u和无功功率Q0；
判断该并网点电压u与电压最高限值uH和电压最低限值uL的关系；若u>uH，则减小无功出力，并根据AVC无功指令进行电压升高越限控制；若u<uL，则增大无功出力，并根据AVC无功指令进行电压降低越限控制；
所述电压升高越限控制包括：
判断所述AVC无功指令的调节方向是否为减小无功出力；若是，则根据所述AVC无功指令更新无功出力计算中的无功功率Q0；若否，则闭锁所述AVC无功指令，在预设区间内对无功功率Q0进行取值；
根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配；
所述根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配，包括：判断所述新能源设备和储能设备的发电状态；若所述无功出力满足要求，仅对所述新能源设备进行无功分配；若所述新能源设备的无功出力不足，则对储能设备的无功出力进行判断；
若所述储能设备的无功出力有余量，合并计算所述新能源设备和储能设备的无功出力是否满足要求；
若满足，则就所述新能源设备和储能设备进行无功分配；若不满足，则对SVG设备进行无功分配；
所述电压降低越限控制包括：
判断所述AVC无功指令的调节方向是否为增加无功出力；若是，则根据所述AVC无功指令更新无功出力计算中的无功功率Q0；若否，则闭锁所述AVC无功指令，在预设区间内对无功功率Q0进行取值；
根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配；
根据以下公式计算所述无功出力：
其中，Q为应输出无功出力，K为电压调差系数，U为并网点实际线电压，T为线路损耗系数；UL＝UN-Ud，UH＝UN+Ud；UN为额定线电压，Ud为调压死区。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设区间为0.001-0.003。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：当并网点电压u恢复至uH和uL之间时，停止无功出力。
4.一种电站多无功源分级动态协调控制装置，所述电站包括SVG设备、新能源设备和储能设备，其特征在于，包括实时监测及计算模块和控制方法判断模块；其中，
所述实时监测及计算模，用于实时检测并网点频率和电压变化，根据所述频率和电压变化计算并网点电压u和无功功率Q0；
所述控制方法判断模块，用于判断该并网点电压u与电压最高限值uH和电压最低限值uL的关系；若u>uH，则减小无功出力，并根据AVC无功指令进行电压升高越限控制；若u<uL，则增大无功出力，并根据AVC无功指令进行电压降低越限控制；
所述电压升高越限控制包括：
判断所述AVC无功指令的调节方向是否为减小无功出力；若是，则根据所述AVC无功指令更新无功出力计算中的无功功率Q0；若否，则闭锁所述AVC无功指令，在预设区间内对无功功率Q0进行取值；
根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配；
所述根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配，包括：判断所述新能源设备和储能设备的发电状态；若所述无功出力满足要求，仅对所述新能源设备进行无功分配；若所述新能源设备的无功出力不足，则对储能设备的无功出力进行判断；
若所述储能设备的无功出力有余量，合并计算所述新能源设备和储能设备的无功出力是否满足要求；
若满足，则就所述新能源设备和储能设备进行无功分配；若不满足，则对SVG设备进行无功分配；
所述电压降低越限控制包括：
判断所述AVC无功指令的调节方向是否为增加无功出力；若是，则根据所述AVC无功指令更新无功出力计算中的无功功率Q0；若否，则闭锁所述AVC无功指令，在预设区间内对无功功率Q0进行取值；
根据新能源设备、储能设备、SVG设备顺序进行无功分配；
根据以下公式计算所述无功出力：
其中，Q为应输出无功出力，K为电压调差系数，U为并网点实际线电压，T为线路损耗系数；UL＝UN-Ud，UH＝UN+Ud；UN为额定线电压，Ud为调压死区。
5.一种电站二次控制系统，其特征在于，包括系统调度层、场站协调层、场站控制层和终端控制层；其中，
所述系统调度层，根据电网整体功率需求和功率预测结果，向所述电站下发有功和无功控制指令；
所述场站协调层包括新能源和储能调控系统以及动态协调控制装置；所述动态协调控制装置包括权利要求4所述的多无功源分级动态协调控制装置；
所述场站控制层包括新能源光伏监控及功率控制系统、新能源风电监控及功率控制系统和储能监控及功率控制系统，以进行光伏、风电、电池和变流器的状态监测，以及有功和无功功率分配；
所述终端控制层包括SVG设备、新能源光伏设备、新能源风电设备和储能设备，用于接收有功和无功功率分配指令，以对所述设备进行控制。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述新能源和储能调控系统用于接收所述有功和无功控制指令，所述动态协调控制装置根据并网点的实时检测和计算结果，并结合所述有功和无功控制指令进行功率分配。
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