一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法，通过光伏AVC系统协调并网光伏电站内的无功调节设备，完成并网点电压控制；方法包括：基于功率预测数据确定并网光伏电站再并网点电压调节结束时的无功损耗；确定并网光伏电站的无功调节总量；确定光伏逆变器和静态无功补偿设备的无功功率极限；进行并联补偿电容器组的投切控制；进行光伏逆变器和静态无功补偿设备的控制。本发明专利技术精确计算光伏电站控制灵敏度，具备更好的无功-电压控制精度及响应速度；功率预测与光伏电站AVC系统相结合，从而实现光伏电站电容器组分段控制，实现了无功-电压控制与设备保护间较好的平衡。

Reactive power voltage control method for grid connected photovoltaic power station based on power prediction

The invention provides a grid connected photovoltaic power station power based on the prediction of the reactive power and voltage control method, through the regulation of reactive power plant coordination grid connected photovoltaic photovoltaic AVC system, and network voltage control; power prediction method includes: data grid connected photovoltaic power station and network voltage regulating reactive power loss at the end based on the determined; the total reactive power grid connected photovoltaic power station; determine the photovoltaic inverter and static reactive power compensation device of reactive power limit; shunt capacitors for switching control of photovoltaic inverter and control; static reactive compensation equipment. The accurate calculation of photovoltaic power station control has better sensitivity, reactive power and voltage control precision and response speed; power prediction and photovoltaic power plant AVC system integration, so as to realize the PV power capacitor segment control, the reactive power voltage control and protection equipment better balance.

【技术实现步骤摘要】
一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法
本专利技术涉及一种控制方法，具体涉及一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法。
技术介绍
太阳能光伏发电具有随机性、间歇性、周期性以及波动性的特点，随着光伏发电规模不断增长，对电网电压稳定的影响日益明显。在并网光伏电站安装无功-电压自动控制系统(下文简称为光伏AVC系统)是保证电网电压稳定、无功平衡的重要手段，典型光伏AVC系统结构如图1所示，光伏AVC系统通过协调光伏电站内无功调节设备出力完成并网点电压控制。光伏发电与火电/风电相比较，由于缺少机械设备的转动惯量及阻尼特性，出力变化呈阶跃特性，对光伏AVC系统响应时间(各地规定不同，一般要求在10～20秒左右)、控制精度的要求明显提高，这使得传统定步长调节、多轮反馈控制方法难以满足系统要求。在实际工程应用中暴露以下问题：(1)无功调节设备控制协调困难，理论上光伏逆变器及静态无功补偿设备具有毫秒级响应速度，电容器投切时间也小于1秒，但在实际工程中，各无功调节设备响应速度受通讯方式影响较大。特别是独立控制的光伏逆变器，若采用环形而非光纤直联方式通讯，响应速度较慢的逆变器往往在数秒以上，采用传统控制方法容易出现在规定调节时间内母线电压超调或调节不到位问题。(2)无功调节总量计算困难，由于并网点无功、电压变化较小以及测量数据不同步等因素的影响，根据电压偏差及无功变化在线计算得到系统阻抗往往误差较大，导致调节总量计算存在问题，进而影响到光伏AVC系统的响应时间及控制精度。(3)连续调节设备与离散调节设备的协调控制问题，现有的无功优化算法中，电容器投切次数作为计算约束性条件，并作为最后调节手段。因此，电容器投切操作一般滞后于电站并网点电压变化情况，并导致光伏逆变器及静态无功补偿设备部分时段无功出力偏高，影响发电效率。(4)较少考虑电站内无功损耗的影响，当电网整体无功平衡时，影响光伏电站并网点电压的重要因素之一是站内无功损耗，因此，无功-电压调节过程中应充分考虑站内无功损耗变化情况,现有无功-电压控制算法一般是不计及站内无功损耗的。(5)静态无功补偿设备(SVC/SVG/MCR)的不合理应用。为保证电网故障下的暂态无功储备，基于传统火电/风电AVC系统发展而来的光伏AVC系统，在调节过程中一般不使用静态无功补偿设备的控制策略。这一方面容易导致电容器的频繁投切；另一方面也使得主变无功需求完全由远方的光伏逆变器提供，一定程度上增大了线损。实际运行经验表明，在准确功率预测及无功裕度计算基础上，通过合理、有限制的应用静态无功补偿设备调节容量，可有效提高电压控制精度及AVC系统响应速度，减少电容器的投切次数。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法，针对不同无功调节设备响应速度差异，则用了分步控制保证光伏电站无功-电压控制的精度及响应速度。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取如下技术方案：本专利技术提供一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法，通过光伏AVC系统协调并网光伏电站内的无功调节设备，完成并网点电压控制；所述无功调节设备包括光伏逆变器、并联补偿电容器组和静态无功补偿设备；所述方法包括：步骤1：确定并网光伏电站再并网点电压调节结束时的无功损耗；步骤2：确定并网光伏电站的无功调节总量；步骤3：确定光伏逆变器和静态无功补偿设备的无功功率极限；步骤4：进行并联补偿电容器组的投切控制；步骤5：进行光伏逆变器和静态无功补偿设备的控制。所述步骤1中，并网光伏电站包括集电线路和变压器；包括：步骤1-1：计算集电线路的总无功损耗，包括：设集电线路电压和电流分别为U和I，Xl为集电线路的等值电抗，xl为集电线路单位长度电抗，l为集电线路长度，有Xl＝xl·l；于是集电线路的无功损耗Ql和充电功率Qc分别表示为：Ql＝3·I2Xl＝3·I2xl·l(1)QC＝U2ωC/1000＝U2·2πf·c·l/1000(2)其中，f为电力系统频率，取50Hz；ω为电力系统角速度；C为集电线路对地电容，c为集电线路单位长度对地电容；于是，集电线路的总无功损耗为Ql-QC；步骤1-2：计算变压器的总无功损耗，包括：单台变压器的无功损耗Q'T表示为：其中，SN为变压器的额定功率，I0％为变压器空载电流百分比，Uk％为变压器短路电压百分比，S为变压器视在功率，β为变压器负荷率，且β＝S/SN；于是，并网光伏电站内变压器的总无功损耗QT表示为：QT＝ΣQ'T(4)步骤1-3：计算并网光伏电站在并网点电压调节开始时的无功损耗QΣ(t0)，其表示为：QΣ(t0)＝Ql-QC+QT(5)采用求和自回归滑动平均模型对并网点电压调节过程中并网光伏电站的无功损耗进行预测，于是并网光伏电站在并网点电压调节结束时的无功损耗QΣ(t)表示为：QΣ(t)＝QΣ(t0)+▽Q'Σ+▽Q”Σ(6)其中，t0为并网点电压调节开始时刻，t为并网点电压调节结束时刻，▽Q'Σ为并网光伏电站出力变化导致的并网光伏电站的无功损耗差值，▽Q”Σ为并网点电压变化导致的并网光伏电站的无功损耗差值。所述步骤2包括：并网点电压Upcc与并网点无功功率Qpcc满足以下关系：其中，Q'PV为光伏逆变器当前输出的总无功功率，且Q'PV＝Qinv-QΣ(t0)，Qinv表示光伏逆变器输出的无功功率，QΣ(t0)为并网光伏电站在并网点电压调节开始时的无功损耗；Qcap为并联补偿电容器组当前输出无功功率，Qsvc为静态无功补偿设备当前输出无功功率；ΔUpcc为并网点电压增量，ΔQpcc为并网点无功功率增量，ΔQ'PV为光伏逆变器输出无功功率增量，ΔQcap为联补偿电容器组输出无功功率增量，ΔQsvc为静态无功补偿设备输出无功功率增量；并网点电压Upcc和无穷大母线电压U∞分别表示为：其中，UPV为并网光伏电站低压侧母线电压，PPV和QPV分别为并网光伏电站低压侧注入有功功率和无功功率；中间量RΣ和XΣ分别表示为RΣ＝R1+R2，XΣ＝X1+X2，R1和X1分别为主变等值电阻和电抗，R2和X2分别为并网点外部等值电阻和电抗；由式(8)和(9)得到：设并网光伏电站的电压控制灵敏度和无功控制灵敏度分别为和有：由式(11)可得：并网光伏输出无功功率Qpcc表示为：由式(11)和(13)可得：并网光伏电站的无功调节总量Qtarget表示为：Qtarget≈Q'PV+Qcap+Qsvc+Qinitial+ΔQpcc+ΔQΣ(t-t0)(12)其中，ΔQΣ(t-t0)为并网光伏电站在并网点电压调节周期内的无功损耗，且ΔQΣ(t-t0)＝ΔQΣ(t)-ΔQΣ(t0)，QΣ(t0)为并网光伏电站在并网点电压调节开始时的无功损耗，ΔQΣ(t)为并网光伏电站在并网点电压调节结束时的无功损耗。所述步骤3包括：步骤3-1：确定光伏逆变器的无功功率极限Qinvmax，有：其中，Uinv为光伏逆变器输出电压，Upcc为并网点电压，ω为电力系统角速度，L为光伏逆变器交流侧电感，Pinv和Qinv表示光伏逆变器输出有功功率和无功功率，且Pinv和Qinv之间还满足θ为Uinv和Upcc之间的相位差；步骤3-2：确定静态无功补偿设备的无功功率极限Qsvcmax满足：Q'li本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功率预测的并网光伏电站无功‑电压控制方法，其特征在于：通过光伏AVC系统协调并网光伏电站内的无功调节设备，完成并网点电压控制；所述无功调节设备包括光伏逆变器、并联补偿电容器组和静态无功补偿设备；所述方法包括：步骤1：确定并网光伏电站再并网点电压调节结束时的无功损耗；步骤2：确定并网光伏电站的无功调节总量；步骤3：确定光伏逆变器和静态无功补偿设备的无功功率极限；步骤4：进行并联补偿电容器组的投切控制；步骤5：进行光伏逆变器和静态无功补偿设备的控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法，其特征在于：通过光伏AVC系统协调并网光伏电站内的无功调节设备，完成并网点电压控制；所述无功调节设备包括光伏逆变器、并联补偿电容器组和静态无功补偿设备；所述方法包括：步骤1：确定并网光伏电站再并网点电压调节结束时的无功损耗；步骤2：确定并网光伏电站的无功调节总量；步骤3：确定光伏逆变器和静态无功补偿设备的无功功率极限；步骤4：进行并联补偿电容器组的投切控制；步骤5：进行光伏逆变器和静态无功补偿设备的控制。2.根据权利要求1所述的基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法，其特征在于：所述步骤1中，并网光伏电站包括集电线路和变压器；包括：步骤1-1：计算集电线路的总无功损耗，包括：设集电线路电压和电流分别为U和I，Xl为集电线路的等值电抗，xl为集电线路单位长度电抗，l为集电线路长度，有Xl＝xl·l；于是集电线路的无功损耗Ql和充电功率Qc分别表示为：Ql＝3·I2Xl＝3·I2xl·l(1)QC＝U2ωC/1000＝U2·2πf·c·l/1000(2)其中，f为电力系统频率，取50Hz；ω为电力系统角速度；C为集电线路对地电容，c为集电线路单位长度对地电容；于是，集电线路的总无功损耗为Ql-QC；步骤1-2：计算变压器的总无功损耗，包括：单台变压器的无功损耗Q'T表示为：其中，SN为变压器的额定功率，I0％为变压器空载电流百分比，Uk％为变压器短路电压百分比，S为变压器视在功率，β为变压器负荷率，且β＝S/SN；于是，并网光伏电站内变压器的总无功损耗QT表示为：QT＝∑Q'T(4)步骤1-3：计算并网光伏电站在并网点电压调节开始时的无功损耗QΣ(t0)，其表示为：QΣ(t0)＝Ql-QC+QT(5)采用求和自回归滑动平均模型对并网点电压调节过程中并网光伏电站的无功损耗进行预测，于是并网光伏电站在并网点电压调节结束时的无功损耗QΣ(t)表示为：QΣ(t)＝QΣ(t0)+▽Q'Σ+▽Q”Σ(6)其中，t0为并网点电压调节开始时刻，t为并网点电压调节结束时刻，▽Q'Σ为并网光伏电站出力变化导致的并网光伏电站的无功损耗差值，▽Q”Σ为并网点电压变化导致的并网光伏电站的无功损耗差值。3.根据权利要求1所述的基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法，其特征在于：所述步骤2包括：并网点电压Upcc与并网点无功功率Qpcc满足以下关系：其中，Q'PV为光伏逆变器当前输出的总无功功率，且Q'PV＝Qinv-QΣ(t0)，Qinv表示光伏逆变器输出的无功功率，QΣ(t0)为并网光伏电站在并网点电压调节开始时的无功损耗；Qcap为并联补偿电容器组当前输出无功功率，Qsvc为静态无功补偿设备当前输出无功功率；ΔUpcc为并网点电压增量，ΔQpcc为并网点无功功率增量，ΔQ'PV为光伏逆变器输出无功功率增量，ΔQcap为联补偿电容器组输出无功功率增量，ΔQsvc为静态无功补偿设备输出无功功率增量；并网点电压Upcc和无穷大母线电压U∞分别表示为：其中，UPV为并网光伏电站低压侧母线电压，PPV和QPV分别为并网光伏电站低压侧注入有功功率和无功功率；中间量RΣ和XΣ分别表示为RΣ＝R1+R2，XΣ＝X1+X2，R1和X1分别为主变等值电阻和电抗，R2和X2分别为并网点外部等值电阻和电抗；由式(8)和(9)得到：设并网光伏电站的电压控制灵敏度和无功控制灵敏度分别为和有：

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宁明，汪筱巍，梁晓东，董志猛，
申请(专利权)人：国家电网公司，南京南瑞集团公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11