一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法及装置与流程

1.本发明属于新能源场站功率控制技术领域，具体涉及一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法及装置。


背景技术：

2.近年来，随着光伏发电的迅速发展，越来越多的光伏场站接入电网，这类电源出力极易受外界环境的影响，具有一定的不确定性和随机性，大规模并网会给系统的功率平衡带来影响。光伏场站的接入，使得电源结构发生重大变化，系统并网处的母线电压也极易受到影响而产生波动，进而对电网造成影响，为了应对新能源对电网频率造成的影响，应运而生了“一次调频”和“惯量响应”，在系统频率发生波动时，迅速进行有功功率支撑，来抑制频率波动，相应的为了应对系统并网母线电压的波动，可通过快速调压
‑‑
快速调节无功功率的方式来实现。
3.快速调压，是指电网的电压一旦偏离额定值，电网中机组的控制系统就自动地控制机组无功功率的增减，限制电网电压变化，使电网电压维持稳定的自动控制过程。当前光伏场站电压主动支撑的策略并不明确，无功功率的计算及分配策略是个值得研究的问题。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的问题，本发明提出了一种应用于光伏场站的电压主动支撑控制方法及装置，通过采集并网点处母线电压，在电压偏出额定电压的死区范围时，迅速启动无功功率调节，将电压拉回死区范围内，抑制并网电压的波动。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供了一种应用于光伏场站的电压主动支撑控制方法，包括以下步骤：
7.设置光伏场站快速调压启动的电压调节死区和无功电压下垂控制系数；
8.获取光伏场站并网点处的母线电压测量值及无功功率值；
9.在所述母线电压变化时，判断当前母线电压是否处于电压调节死区；若并网点处的母线电压超出电压调节死区，计算无功功率变化量；
10.根据无功功率变化量计算出无功功率调节目标值：
11.将计算出的无功功率调节目标值按照平均分配的方式分发到各逆变器上，进行光伏场站内无功功率的调节。
12.进一步地，所述电压调节死区具体为：
13.u
l
≤u
meas
≤uh14.式中，u
meas
为并网点处母线电压测量值，u
l
为无功电压下垂控制动作低电压阈值，uh为无功电压下垂控制动作高电压阈值。
15.进一步地，所述无功功率变化量的计算方式表示为：
16.δq
t
＝k
qv
×
(u
ref-u
meas
)
17.式中，δq
t
为无功功率变化量，k
qv
为光伏场站无功电压下垂控制系数，u
ref
为并网点处母线标称电压。
18.进一步地，根据无功功率变化量计算出无功功率调节目标值表示为：
19.q
obj
＝q0+δq
t
20.式中，q
obj
为光伏场站内无功功率调节目标值，q0为快速调压启动时刻站内无功功率值。
21.进一步地，所述将计算出的无功功率调节目标值按照平均分配的方式分发到各逆变器上，具体表示为：
[0022][0023]
式中，q
iobj
为第i(1、2、3
…
n)台逆变器的无功功率调节目标值，n为光伏场站内可调节逆变器的数量。
[0024]
进一步地，还包括：快速调压与avc(新能源场站自动电压控制)系统指令协同，快速调压启动时给avc系统发送闭锁信号，avc系统调节失效；待并网点母线电压恢复到死区范围内，avc系统生效。
[0025]
第二方面，本发明还提供了一种基于快速调压的光伏场站主动支撑装置，包括依次连接的上位机、综合终端、快频装置；
[0026]
所述上位机，用于对光伏场站进行控制；
[0027]
所述快频装置，用于获取光伏场站并网点处的母线电压测量值及无功功率值，并将所获取的数据传输给综合终端；
[0028]
所述综合终端，用于根据母线电压变化，计算无功功率变化量，进行有功功率变化量的计算，并向逆变器下发有功功率目标值。
[0029]
进一步地，还包括变电站网络交换机，所述变电站网络交换机用来给综合终端传输计算无功功率变化量所需的数据或给综合终端传输发出的有功功率目标值。
[0030]
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
[0031]
本发明在母线电压发生变化时，可迅速启动快速调压，为光伏场站提供无功功率支撑，增强了系统的电压抗干扰能力，提升了系统的稳定性，最终实现新能源的友好并网。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它附图。
[0033]
图1为本发明的一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法流程示意图；
[0034]
图2为本发明光伏场站内网络结构示意图；
[0035]
图3是新能源无功功率-电压下垂特性曲线图；
[0036]
图4是本发明实例提供的快速调压调节过程波形图；
[0037]
图5是发明实例提供的快速调压与avc协同调节过程波形图；
[0038]
图6是本发明实例提供的一种光伏场站的电压主动支撑装置的结构示意图。
具体实施方式
[0039]
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的技术方案的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。一个或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
[0040]
参照图1-图6，在本发明的实施例中，提供了一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法，包括以下步骤：
[0041]
步骤1.设置光伏场站快速调压启动的电压调节死区和无功电压下垂控制系数k
qv
；
[0042]
在本实施例中，电压调节死区具体为：
[0043]ul
≤u
meas
≤uh[0044]
式中，u
meas
为并网点处母线电压测量值，u
l
为无功电压下垂控制动作低电压阈值，uh为无功电压下垂控制动作高电压阈值。
[0045]
步骤2.获取光伏场站并网点处的母线电压测量值u
meas
及无功功率值；
[0046]
步骤3.在所述母线电压变化时，判断当前母线电压是否处于电压调节死区；若并网点处的母线电压超出电压调节死区，则计算无功功率变化量；
[0047]
在本实施例中，无功功率变化量，表示为：
[0048]
δq
t
＝k
qv
×
(u
ref-u
meas
)
[0049]
式中，δq
t
为无功功率变化量，k
qv
为光伏场站无功电压下垂控制系数，u
ref
为并网点处母线标称电压。
[0050]
步骤4.根据无功功率变化量计算出无功功率调节目标值：
[0051]
在本实施例中，无功功率调节目标值，表示为：
[0052]qobj
＝q0+δq
t
[0053]
式中，q
obj
为光伏场站内无功功率调节目标值，q0为快速调压启动时刻站内无功功率值。
[0054]
步骤5.将计算出的无功功率调节目标值按照平均分配的方式分发到各逆变器上，进行光伏场站内无功功率的调节，将电压快速拉回死区范围内，进而实现光伏场站电压的主动支撑。
[0055]
在本实施例中，将计算得到的无功功率调节目标值通过遥调的方式发送给逆变器，进而调节站内的无功功率，进而将电压快速拉回死区范围内，将计算出的无功功率调节目标值按照平均分配的方式分发到各逆变器上，表示为：
[0056][0057]
式中，q
iobj
为第i(1、2、3
…
n)台逆变器的无功功率调节目标值，n为站内可调节逆变器的数量。
[0058]
还包括：快速调压与avc系统指令协同，快速调压启动时给avc系统发送闭锁信号，avc系统调节失效；待并网点母线电压恢复到死区范围内，avc系统生效。即，快速调压启动时给avc系统发送闭锁信号，avc系统调节失效；快速调压过程中，若avc系统接收到调节指令，也不会执行，待并网点母线电压恢复到死区范围内，解除对avc系统的闭锁信号。
[0059]
在具体实施例中，通过遥控启动快速调压功能，且已知：光伏场站感性无功容量q
l
＝69mvar，光伏场站容性无功容量qc＝-42mvar，无功功率在qc和q
l
之间连续可调；无功电压下垂控制系数k
qv
＝3；并网点处母线标称电压u
ref
＝110kv，无功电压下垂控制动作低电压阈值u
l
＝97％u
ref
＝106.7kv，无功电压下垂控制动作低电压阈值u
l
＝107％u
ref
＝117.7kv。
[0060]
母线电压从标称电压110kv向下阶跃到107.8kv(98％u
ref
)时，快速调压未动作，母线电压未超出快速调压启动的电压死区范围：
[0061]ul
≤(u
meas
＝107.8kv)≤uh[0062]
电压继续向下阶跃到100.1kv(91％u
ref
)时，快速调压动作，根据电压-无功功率下垂曲线如图3所示，计算无功功率变化量：
[0063]
δq
t
＝k
qv
×
(u
ref-u
meas
)＝3
×
(110-100.1)＝29.7mvar
[0064]
式中，δq
t
为内无功功率变化量。
[0065]
根据无功功率变化量，计算无功功率调节目标值：
[0066]qobj
＝q0+δq
t
＝0+29.7＝29.7mvar
[0067]
式中，q0为快速调压启动时刻的无功功率。
[0068]
将计算得到的无功功率调节目标值通过遥调的方式发送给逆变器，进而调节光伏场站内的无功功率，进而将电压快速拉回死区范围内。图4示出了电压向下阶跃到91％快速调压调节过程波形图。
[0069]
快速调压与avc系统指令协同，不论avc系统指令先后，快速调压一旦启动快速给avc系统发送闭锁信号，待电压恢复到死区范围内，解除对avc系统的闭锁信号，电压向上阶跃到119.9kv(109％u
ref
)时，收到avc系统的电压上升2kv的指令，根据电压-无功功率下垂曲线计算无功功率：
[0070]qobj
＝q0+k
qv
×
(u
ref-u
meas
)＝0+3
×
(110-119.9)＝-29.7mvar
[0071]
将计算出的无功功率通过遥调的方式发送给逆变器，先将电压拉回死区范围内，再解除对avc系统的闭锁信号，进行avc系统调节，将系统母线电压上升2kv，如图5所示。表1示出了快速调压与avc不同工况下的协调策略。
[0072]
表1快速调压与avc协调测试结果
[0073]
[0074][0075]
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本发明中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0076]
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的一种光伏场站电压主动支撑控制方法的一种光伏场站电压主动支撑控制装置。该系统所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个系统实施例中的具体限定可以参见上文中对于一种光伏场站电压主动支撑控制方法的限定，在此不再赘述。
[0077]
在另一个实施例中，提供了一种光伏场站电压主动支撑控制装置，参见图6，示出了本发明实施例提供的一种光伏场站电压主动支撑控制装置的结构示意图。
[0078]
作为示例的，所述光伏场站电压主动支撑控制装置可以包括：依次连接的上位机、综合终端、快频装置、变电站网络交换机；
[0079]
所述上位机，用于对光伏场站进行控制，快速调压的光伏场站运行、维护、控制、数据监视、数据显示；
[0080]
所述综合终端，用于完成通信和数据采集、信息上传，根据母线电压值变化，计算无功功率变化量，并向并向逆变器下发有功功率目标值，执行功率控制功能，以及提供策略计算等；
[0081]
所述快频装置，用于获取光伏场站并网点处的母线电压测量值及无功功率值，并将所获取的数据传输给综合终端，以及与pmu(同步相量测量装置,phasor measurement unit)装置通信，通过模拟量输出(4-20ma)的方式将快速调压启动时刻的频率或无功功率下发值传输给pmu装置，进而与pmu主站通信；
[0082]
所述变电站网络交换机，用于综合终端与外接设备进行数据通信的中间交换机，如逆变器或无功补偿装置等，用来给综合终端传输快速调压计算所需的数据或给综合终端传输发出的指令。
[0083]
还包括变电站网络交换机，所述变电站网络交换机用于综合终端与外接设备进行数据通信的中间交换机，如逆变器等，用来给综合终端传输快速调压计算所需的数据或给
综合终端传输发出的指令，比如有功功率目标值。
[0084]
具体地，上位机通过遥控开启相应的功能项，所述快频装置采集系统电压值、无功功率值，通过iec61850通讯的方式将采集的数据传输给综合终端，综合终端进行快速调压启动条件的判断，符合条件后，进行无功功率变化量的计算，最终将遥调指令经变电站网络交换机下发到逆变器上，进行无功功率的调节，实现光伏场站内电压的主动支撑。
[0085]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法，其特征在于，包括以下步骤：设置光伏场站快速调压启动的电压调节死区和无功电压下垂控制系数；获取光伏场站并网点处的母线电压测量值及无功功率值；在所述母线电压变化时，判断当前母线电压是否处于电压调节死区；若并网点处的母线电压超出电压调节死区，计算无功功率变化量；根据无功功率变化量计算出无功功率调节目标值：将计算出的无功功率调节目标值按照平均分配的方式分发到各逆变器上，进行光伏场站内无功功率的调节。2.根据权利要求1所述的一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法，其特征在于，所述电压调节死区具体为：u
l
≤u
meas
≤u
h
式中，u
meas
为并网点处母线电压测量值，u
l
为无功电压下垂控制动作低电压阈值，u
h
为无功电压下垂控制动作高电压阈值。3.根据权利要求2所述的一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法，其特征在于，所述无功功率变化量的计算方式表示为：δq
t
＝k
qv
×
(u
ref-u
meas
)式中，δq
t
为无功功率变化量，k
qv
为光伏场站无功电压下垂控制系数，u
ref
为并网点处母线标称电压。4.根据权利要求3所述的一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法，其特征在于，根据无功功率变化量计算出无功功率调节目标值表示为：q
obj
＝q0+δq
t
式中，q
obj
为光伏场站内无功功率调节目标值，q0为快速调压启动时刻站内无功功率值。5.根据权利要求4所述的一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法，其特征在于，所述将计算出的无功功率调节目标值按照平均分配的方式分发到各逆变器上，具体表示为：式中，q
iobj
为第i(1、2、3
…
n)台逆变器的无功功率调节目标值，n为光伏场站内可调节逆变器的数量。6.根据权利要求5所述的一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法，其特征在于，还包括：快速调压与avc系统指令协同，快速调压启动时给avc系统发送闭锁信号，avc系统调节失效；待并网点母线电压恢复到死区范围内，avc系统生效。7.一种基于快速调压的光伏场站主动支撑装置，其特征在于，包括依次连接的上位机、综合终端、快频装置；所述上位机，用于对光伏场站进行控制；所述快频装置，用于获取光伏场站并网点处的母线电压测量值及无功功率值，并将所获取的数据传输给综合终端；所述综合终端，用于根据母线电压变化，计算无功功率变化量，进行有功功率变化量的计算，并向逆变器下发有功功率目标值。
8.根据权利要求7所述的一种基于快速调压的光伏场站主动支撑装置，其特征在于，还包括变电站网络交换机，所述变电站网络交换机用来给综合终端传输计算无功功率变化量所需的数据或给综合终端传输发出的有功功率目标值。

技术总结
本发明属于新能源场站功率控制技术领域，具体涉及一种基于快速调压的光伏场站主动支撑控制方法。所述方法包括：设置光伏场站快速调压启动的电压调节死区和无功电压下垂控制系数；获取光伏场站并网点处的母线电压测量值及无功功率值；在所述母线电压变化时，判断当前母线电压是否处于电压调节死区；若并网点处的母线电压超出电压调节死区，则计算无功功率变化量；根据无功功率变化量计算出无功功率调节目标值：将计算出的无功功率调节目标值按照平均分配的方式分发到各逆变器上，进行光伏场站内无功功率的调节，进而实现光伏场站电压的主动支撑。主动支撑。主动支撑。


技术研发人员：冷智涛 吴晓亮 杨鹏 张木莲 邵华 王金涛 张骥 王志华 冯亮 陆康 赵中华 刘洪兰 孟娜 李春龙 季宏亮 刘秀鹏 苏伟 崔晓东 王建功
受保护的技术使用者：国网河北省电力有限公司 国网河北省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/8/28