CN117691659A - 一种用于光伏并网的主动电压控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电压控制器技术领域，且公开了一种用于光伏并网的主动电压控制器，包括AVC控制器概念化模型，所述AVC控制器根据分布式电源PCC的电压向量、电流向量、潮流，对分布式电源的有功和无功进行调节，实现电压的主动控制；同时不同的AVC之间借助电力载波、无线网络等途径，实现信息的交换，是一种介于配电网自动化主站与分布式并网电源之间的信息接口设备。本发明中，通过实时检测和主动控制，有效解决了分布式并网电源接入配电网造成的过压问题，保护了电网的运行安全。

Description

一种用于光伏并网的主动电压控制器
技术领域
本发明涉及电压控制器技术领域，尤其涉及一种用于光伏并网的主动电压控制器。
背景技术
分布式电源多点集中式接入对配电网的安全稳定运行与控制有着重大挑战，电网过压便是其中之一。过压问题不止影响配电网的正常运行，更是限制电网新能源的消纳能力、降低分布式电源自身的经济效益和运行效率。
为此，我们提出一种用于光伏并网的主动电压控制器。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种用于光伏并网的主动电压控制器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种用于光伏并网的主动电压控制器，包括AVC控制器概念化模型，所述AVC控制器根据分布式电源PCC的电压向量、电流向量、潮流，对分布式电源的有功和无功进行调节，实现电压的主动控制；同时不同的AVC之间借助电力载波、无线网络等途径，实现信息的交换，是一种介于配电网自动化主站与分布式并网电源之间的信息接口设备；
所述AVC控制器包括信息采集单元、通讯单元、AVC的核心计算单元以及安装盒。
作为优选，所述信息采集单元：由PMU测试模块接入传感器用于检测分布式电源并网点PCC处的电压、配电网线路和分布式电源输出的电流波形。可以精准测量PCC点的电压和电流向量、频率、潮流，并且其中带有GPS模块，可实现广域同步。
作为优选，所述通讯单元：由HPLC模块和4G模块对不同电压配电网中进行通讯；；
当AVC控制器在380V配电网中时采用HPLC进行AVC间的通讯；
当AVC控制器在10KV配电网中时采用4G模块进行AVC间的通讯。
作为优选，所述AVC的核心计算单元：主要由嵌入式计算中心和触摸屏组成，主要实现主动电压控制量的计算、控制参数的自主学习、历史电量数据和灵敏度矩阵的保存，以及本地状态的显示功能。
作为优选，所述安装盒：其中包含开关量接口，多样化的通讯接口以及协议转换器，用于AVC与分布式电源之间的通讯，下法有功和无功的指令。
作为优选，所述AVC控制器的使用方法和步骤具体为；
第一步：通过信息采集单元实时采集配电网分布式电源的电压、电流、功率等测量值以及当前分布式电源的输出功率和容量；
第二步：AVC核心计算单元根据采集的信息对分布式电源进行有功和无功的控制；
第三步：通过通讯接口单元接收配电网调度和控制系统的调度指令；
第四步：将控制器与用户分布式并网电源一起安装。
作为优选，所述PCC处为戴维南等效电路。
作为优选，所述电路中所需要的参数有互联电路的电流(I)、功率因数(φ)、互联线路等效电阻(Rline)、互联线路等效电抗(Xline)、互联线路有功潮流(Pflow)、互联线路无功潮流(Qflow)、光伏电源注入有功(PPV)、光伏注入无功(QPV)，当光伏接入配电网或者其注入配电网的功率发生改变时，会使线路上的电流I产生ΔI的变化。
作为优选，所述等效电路可计算光伏发电并入配电网且功率波动时，Bus2上的电压变化值为：
有益效果
本发明提供了一种用于光伏并网的主动电压控制器。具备以下有益效果：
(1)、该一种用于光伏并网的主动电压控制器，通过实时检测和主动控制，有效解决了分布式并网电源接入配电网造成的过压问题，保护了电网的运行安全。
(2)、该一种用于光伏并网的主动电压控制器，利用边缘计算技术，可灵活适应不同原理和特性的分布式并网电源，无需修改配电网调度和控制系统的策略。
(3)、该一种用于光伏并网的主动电压控制器，可推动建立相关硬件架构和软件方法行业标准，通过在全网推广应用，获得更广泛的经济效益。
(4)、该一种用于光伏并网的主动电压控制器，实现了对分布式电源的自主有功和无功的控制，进一步提高了配电网的新能源消纳能力。
(5)、该一种用于光伏并网的主动电压控制器，降低了电网分布式并网电源的调控难度，不需要大幅度修改当前配电网运行和控制系统的硬件和软件系统，节省了建设和维护成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其他的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明配电网分布式电源AVC控制器硬件系统框图；
图2为本发明分布式电源配电网PCC系统简化图；
图3为本发明PCC点电压变化向量图；
图4为本发明并网光伏逆变器的控制系统原理图；
图5为本发明AVC控制器原理图
图6为本发明戴维南等效电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种用于光伏并网的主动电压控制器，包括AVC控制器概念化模型，所述AVC控制器根据分布式电源PCC的电压向量、电流向量、潮流，对分布式电源的有功和无功进行调节，实现电压的主动控制；同时不同的AVC之间借助电力载波、无线网络等途径，实现信息的交换，是一种介于配电网自动化主站与分布式并网电源之间的信息接口设备；
所述AVC控制器包括信息采集单元、通讯单元、AVC的核心计算单元以及安装盒。
所述信息采集单元：由PMU测试模块接入传感器用于检测分布式电源并网点PCC处的电压、配电网线路和分布式电源输出的电流波形。可以精准测量PCC点的电压和电流向量、频率、潮流，并且其中带有GPS模块，可实现广域同步。
所述通讯单元：由HPLC模块和4G模块对不同电压配电网中进行通讯；；
当AVC控制器在380V配电网中时采用HPLC进行AVC间的通讯；
当AVC控制器在10KV配电网中时采用4G模块进行AVC间的通讯。
所述AVC的核心计算单元：主要由嵌入式计算中心和触摸屏组成，主要实现主动电压控制量的计算、控制参数的自主学习、历史电量数据和灵敏度矩阵的保存，以及本地状态的显示功能。
所述安装盒：其中包含开关量接口，多样化的通讯接口以及协议转换器，用于AVC与分布式电源之间的通讯，下法有功和无功的指令。
所述AVC控制器的使用方法和步骤具体为；
第一步：通过信息采集单元实时采集配电网分布式电源的电压、电流、功率等测量值以及当前分布式电源的输出功率和容量；
第二步：AVC核心计算单元根据采集的信息对分布式电源进行有功和无功的控制；
第三步：通过通讯接口单元接收配电网调度和控制系统的调度指令；
第四步：将控制器与用户分布式并网电源一起安装。
所述PCC处的戴维南等效电路如图6所示。
所述电路中所需要的参数有互联电路的电流(I)、功率因数(φ)、互联线路等效电阻(Rline)、互联线路等效电抗(Xline)、互联线路有功潮流(Pflow)、互联线路无功潮流(Qflow)、光伏电源注入有功(PPV)、光伏注入无功(QPV)，当光伏接入配电网或者其注入配电网的功率发生改变时，会使线路上的电流I产生ΔI的变化。
所述等效电路可计算光伏发电并入配电网且功率波动时，Bus2上的电压变化值为：
该式子是一个圆方程，说明在光伏电源并入配电网后，在光伏电源的总容量保持不变的情况下，引起并入点(PPC点)电压变化向量是以并入前的电压向量/>端点为中心的圆函数族，其矢量图如图所示(图中/>为光伏并入后的实际节点电压向量)，PCC点电压变化向量图如图3所示。
实施例1：
本发明的施例涉及一种AVC控制器对于380V或10kV配电网分布式电源中的安装方法。对于380V低压配电网中的分布式电源，AVC控制器通过开合式电流互感器检测线路和电源中的电流，同时对接入点的电压进行检测，然后执行PCC点电压的主动控制。而不同的AVC控制器之间在380V低电压配电网中通过HPLC来实现通讯和信息的传输。同时，分布式电源和AVC控制器之间通过专用通讯接口实现控制指令的传输。
实施例2
在实施例1的基础上将HPLC改换成了4G模块，大功率分布式电源(发电机组)接入点通过10kV高压互感器同时检测断路器两侧电压，通过AVC开关量输出可实现机组的准同期并网控制。同时线路和电源中的电流通过高压电流互感器被检测，用于PCC点电压的主动控制。线路上不同的AVC控制器之间的则会通过4G进行通讯，实现信息的交换。
本施例中同时给出了一个典型的分布式电源(光伏)接入配电网仿真模型，分布式电源配电网PCC系统简化如图2所示。
如图3所示，光伏发电并入点电压变化与以下几个因素有关：(1)X/R，它决定运行的圆弧范围，即决定了光伏电源注入的有功和无功对系统影响程度；(2)短路容量Sk，决定圆的大小，随着短路容量的增大，配电网电压稳定度增强，圆也随之变小，即通过控制能达到的电压范围在缩小。而光伏电源在电网中达到一定参透率后，其功率波动及负荷变化等因素使得配电网电压在某些情况下的波动越界偏离允许范围。若合理运用调节光伏电源大的有功和无功，使光伏参与配电网电网调节，能够在不附加电压调节装置的情况下解决配电网的过压问题。
实际上通过对分布式电源的有功和无功主动控制可以解决其并入点附近过压的问题，但是主动有功控制会导致分布式电源偏离其最大工作点，会对用户造成经济损失。因此需通过无功和有功进行协调控制。
配电网分布式电源电压主动电压控制的核心根据配电网接入点电压的情况动态调整分布式电源输入电网的有功和无功功率，因此分布式电源本身必须具备连续的无功和有功调节能力。如下图所示分布式光伏并网逆变器采用电力电子变流器和基于电网电压定向的矢量控制的方法，包含有功和无功两个耦合的双闭环控制器，修改其给定信号(有功给定如图中的p，无功给定如图中的q)则可以分别控制逆变器注入电网的有功电流和无功电流。
如图4所示，其光伏并网逆变器有功和无功调节原理是：光伏逆变器采用有功和无功解耦合矢量控制策略，无功可以通过直接修改给定的指令来进行调节，有功则通过修改MPPT(最大功率点跟踪)策略来调节。
该控制器具有参数自学能力的自主控制策略：AVC控制器会检测PCC点的电压向量，然后与正常值进行比较，如果它超过允许范围，则将根据当前母线侧有功和无功潮流以及分布式电源的容量等，通过优化策略来得到最有的PCC点的电压幅值和相位的调节量。然后利用AVC控制器电压调节量与有功和无功调节量之间的灵敏度系数矩阵计算出本地PCC点分布式电源的有功和无功修正量指令，下发给分布式电源执行控制动作。这是一个反馈的过程，需要持续的进行。
孤岛检测和保护功能：它可以精准检测分布式电源是否处于孤岛运行状态，并实施离网保护，确保配电网的安全。
孤岛运行：孤岛运行也称为孤网运行，是指在发电机脱离大电力系统的情况下，靠自身带一定的负荷，形成一个局域的供电网络。
它可能会造成：损害用户端设备，孤岛内的电压、频率得不到稳定控制；导致并网不同步和电网再次跳闸；影响电网内备自投动作和重复合闸动作；电网停电后，电力维修人员进行检修时可能发生触电事故；以及过载风险。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种用于光伏并网的主动电压控制器，包括AVC控制器概念化模型，其特征在于：所述AVC控制器根据分布式电源PCC的电压向量、电流向量、潮流，对分布式电源的有功和无功进行调节，实现电压的主动控制；同时不同的AVC之间借助电力载波、无线网络等途径，实现信息的交换，是一种介于配电网自动化主站与分布式并网电源之间的信息接口设备；
所述AVC控制器包括信息采集单元、通讯单元、AVC的核心计算单元以及安装盒。
2.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的主动电压控制器，其特征在于：所述信息采集单元：由PMU测试模块接入传感器用于检测分布式电源并网点PCC处的电压、配电网线路和分布式电源输出的电流波形。可以精准测量PCC点的电压和电流向量、频率、潮流，并且其中带有GPS模块，可实现广域同步。
3.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的主动电压控制器，其特征在于：所述通讯单元：由HPLC模块和4G模块对不同电压配电网中进行通讯；；
当AVC控制器在380V配电网中时采用HPLC进行AVC间的通讯；
当AVC控制器在10KV配电网中时采用4G模块进行AVC间的通讯。
4.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的主动电压控制器，其特征在于：所述AVC的核心计算单元：主要由嵌入式计算中心和触摸屏组成，主要实现主动电压控制量的计算、控制参数的自主学习、历史电量数据和灵敏度矩阵的保存，以及本地状态的显示功能。
5.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的主动电压控制器，其特征在于：所述安装盒：其中包含开关量接口，多样化的通讯接口以及协议转换器，用于AVC与分布式电源之间的通讯，下法有功和无功的指令。
6.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的主动电压控制器，其特征在于：所述AVC控制器的使用方法和步骤具体为；
第一步：通过信息采集单元实时采集配电网分布式电源的电压、电流、功率等测量值以及当前分布式电源的输出功率和容量；
第二步：AVC核心计算单元根据采集的信息对分布式电源进行有功和无功的控制；
第三步：通过通讯接口单元接收配电网调度和控制系统的调度指令；
第四步：将控制器与用户分布式并网电源一起安装。
7.根据权利要求1所述的一种用于光伏并网的主动电压控制器，其特征在于：所述PCC处为戴维南等效电路。
8.根据权利要求7所述的一种用于光伏并网的主动电压控制器，其特征在于：所述电路中所需要的参数有互联电路的电流(I)、功率因数(φ)、互联线路等效电阻(Rline)、互联线路等效电抗(Xline)、互联线路有功潮流(Pflow)、互联线路无功潮流(Qflow)、光伏电源注入有功(PPV)、光伏注入无功(QPV)，当光伏接入配电网或者其注入配电网的功率发生改变时，会使线路上的电流I产生ΔI的变化。
9.根据权利要求8所述的一种用于光伏并网的主动电压控制器，其特征在于：所述等效电路可计算光伏发电并入配电网且功率波动时，Bus2上的电压变化值为：
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