一种光伏发电自动电压控制方法技术

一种光伏发电自动电压控制方法，110kV和35kV光伏电站的电压控制建模，后使AVC主站与光伏电站AVC子站的双向互动，计算光伏电站的全局无功优化，实现光伏发电汇集区域敏捷自动电压控制，调度中心AVC系统中，三级电压控制给出考虑光伏发电区域电压安全运行后的全网无功电压优化控制目标，该目标作为光伏汇集区域的中枢母线的控制目标；通过对光伏发电区域的二级电压控制来控制区域中各光伏电站无功以实现对光伏汇集区域的中枢母线的电压控制目标。本发明专利技术适应大规模光伏发电并网的自动电压控制系统，对光伏电站和接入的电网区域的电压进行自动闭环控制。系统可接入闭环控制的100座光伏电站。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏发电自动电压控制方法
本专利技术涉及一种电压控制方法，具体涉及一种光伏发电自动电压控制方法。
技术介绍
AVC功能是智能电网调度技术支持系统(下简称D5000系统)的重要组成部分，从用户使用和维护的方便性出发，要求AVC应用作为D5000系统的一个子应用模块，实现嵌入式集成。D5000平台通过系统管理器管理AVC相关应用和进程，并为“AVC应用”提供平台支持，包括实时库和相关画面。“AVC应用模块”的主体由AVC应用进程与AVC闭环控制进程组成，并接受D5000系统管理器的管理。AVC闭环控制进程根据控制需要调用相关子进程完成闭环控制功能。近年来新能源发电发展迅猛，风力发电和太阳能发电已超过核电成为继煤电和水电之后的第三大主力电源，由于光伏等间歇能源发电的波动特性，对大规模光伏并网区域的电压也具有波动性，严重情况下可能造成电压越限或由于电压引起的连锁脱网，影响光伏等清洁能源发电的稳定并网。因此，需要在电网控制中心建设适应大规模光伏发电并网的自动电压控制系统，对光伏电站和接入的电网区域的电压进行自动闭环控制。传统的自动电压控制系统不考虑对光伏电站等新能源场站的自动电压控制，不能满足北京电网接纳新能源并网的发展要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光伏发电自动电压控制方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种光伏发电自动电压控制方法，包括以下步骤：(1)110kV和35kV光伏电站的电压控制建模：将光伏电站内部模型与市调主网模型进行合并，得到统一的含光伏发电的电网模型；对风电场、光伏电站建立等值模型；光伏发电无功电压灵敏度计算；市调AVC中基于合并全部光伏电站后的统一电网模型和电网运行状态，进行在线的全模型潮流计算，该潮流计算包括主网电网范围内的500kV变电站、220kV电厂、220kV变电站，以及通过上述模型合并，连接到220kV变电站主变中压侧110kV母线上的光伏电站模型；通过全模型的潮流计算，获得当前潮流结果对应的全模型雅各比常数矩阵；同时，为了体现实际电网中电厂发电机对无功扰动的准稳态响应，设置模型中220kV火电厂的发电机机端母线为PV节点，并在潮流方程雅各比矩阵的L子阵中对应发电机极端母线的对角元做加大数处理；对于间歇性电源，设置其等值机母线为PQ节点；通过设置发电机极端的PV和PQ节点，计算得到光伏电站的无功出力对电网其他母线的电压灵敏度；(2)AVC主站与光伏电站AVC子站的双向互动：光伏电站AVC子站向调度主站传送内容，调度主站向光伏电站AVC子站传送指令；(3)计算光伏电站的全局无功优化；(4)光伏发电汇集区域敏捷自动电压控制调度中心AVC系统中，三级电压控制给出考虑光伏发电区域电压安全运行后的全网无功电压优化控制目标，该目标作为光伏汇集区域的中枢母线的控制目标；通过对光伏发电区域的二级电压控制来控制区域中各光伏电站无功以实现对光伏汇集区域的中枢母线的电压控制目标。本专利技术进一步的改进在于，将光伏电站内部模型与市调主网模型进行合并，得到统一的含光伏发电的电网模型的具体过程如下：1)预先设定市调自动电压控制系统AVC的控制周期为T；2)当自动电压控制系统AVC的一个控制周期到来时，首先从电网能量管理系统获取完整的电网主网CIM模型，模型内容包括：市调调度电网的500kV和220kV输电线路，以及电厂、变电站内的母线、发电机、变压器和断路器的设备模型，以及所述市调调度电网CIM模型内各设备模型的拓扑连接关系；将得到的电网主网CIM模型存入数据缓冲区中；3)从光伏电站i获取场站i的CIM模型Ci，内容包括：1条或多条新能源送出交流输电线路、母线、升压变压器、断路器、场内集电线路以及风力发电机或光伏逆变器的设备模型，以及所述模型Ci内各设备模型的拓扑连接关系；将得到的场站i的CIM模型Ci存入数据缓冲区中；4)对光伏电站站i的CIM模型Ci中的每条新能源送出交流输电线路Lj，执行如下步骤：4-1)根据预先人工编写的光伏电站并网点信息表，确定交流输电线路Lj的上级变电站Sk中的110kV母线Bk，并在省级电网CIM模型中找到Bk包含的端子Tk，将Tk的属性中描述的结点记为Nk，并记录Nk在CIM模型中的rdf:ID为Ridk；4-2)检查光伏电站送出交流输电线路Lj的电压等级；如果Lj为110kV电压等级，则执行步骤4-3)；如果Lj为35kV电压等级，则执行步骤4-4)；4-3)当Lj为110kV电压等级时，则：4-3-1)确定线路Lj悬空的一端的端子为Tj；查找方法是：检查交流输电线路Lj的2个端子，若其中一个端子的属性为空，则确定该端子为Tj，执行步骤4-3-2)；否则，报警并进入步骤4-5)；4-3-2)将端子Tj的属性的值设置为Ridk；4-4)当Lj为35kV电压等级时，则：4-4-1)确定线路Lj悬空的一端的端子为Tj；查找方法是：检查交流输电线路Lj的2个端子，若其中某一个端子的属性为空，则确定该端子为Tj，执行步骤4-4-2)；否则，报警并进入步骤4-5)；4-4-2)在存储CIM模型的数据缓冲区中，增加一个变压器模型记为Trfmj，该变压器模型包含2个变压器绕组，一个绕组为110kV记为Twj-110，其包含的端子记为Tmj-110；另一个绕组为35Kv记为Twj-35，其包含的端子记为Tmj-35；4-4-3)在存储CIM模型的数据缓冲区中，增加一个结点模型记为Nj-35，并设置Nj-35在CIM模型中的rdf:ID为Ridj-35；4-4-4)将端子Tmj-110的属性的值设置为Ridk；将端子Tmj-35的属性的值设置为Ridj-35；将端子Tj的属性的值设置为Ridj-35；4-5)重新返回步骤4-1)，对新能源场站模型Ci中的下一条新能源送出交流输电线路Lj+1进行处理，直至该新能源场站模型中全部新能源送出交流输电线路处理完成；5)重新返回步骤3)，对下一个新能源场站模型Ci+1.进行处理，直至全部新能源场站模型处理完成；数据缓冲区中每座新能源场站模型通过线路与省级电网模型中的上级变电站母线相连接，完整电网模型拼接完成；6)将数据缓冲区中的完成拼接的完整电网模型导入到自动电压控制系统中，由自动电压控制系统计算各个新能源场站的电压控制指令并进行下发；7)当下一个控制周期到来时，重新返回步骤2)，开始下一个周期的计算。本专利技术进一步的改进在于，对风电场、光伏电站建立等值模型的具体过程如下：在风电场或光伏电站中，低压侧所连接的动态无功补偿装置和光伏阵列由光伏电站内AVC子站控制，因此在汇集站低压侧35kV母线上建立等值调相机模型，其当前运行的无功值以及无功可调节范围和以及无功可调节范围由风电场/光伏电站内AVC子站根据动态无功补偿装置(SVC/SVG)和风机、光伏逆变器阵列的运行状态，实时计算并上送。本专利技术进一步的改进在于，光伏发电无功电压灵敏度计算的具体过程如下：牛顿-拉夫逊潮流算法中的修正公式如下：雅可比矩阵的各个元素则分别为为求取这些偏导数，将Pi、Qi分别展开如下计及j≠i时，由于对特定的j，只有该特定节点的δj，从而特定的δij＝δi-δj是变量，得相似的，由于对特定的j，只有该特定节点的Uj是变量，得j＝i时，由于δi是变量，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)110kV和35kV光伏电站的电压控制建模：将光伏电站内部模型与市调主网模型进行合并，得到统一的含光伏发电的电网模型；对风电场、光伏电站建立等值模型；光伏发电无功电压灵敏度计算；市调AVC中基于合并全部光伏电站后的统一电网模型和电网运行状态，进行在线的全模型潮流计算，该潮流计算包括主网电网范围内的500kV变电站、220kV电厂、220kV变电站，以及通过上述模型合并，连接到220kV变电站主变中压侧110kV母线上的光伏电站模型；通过全模型的潮流计算，获得当前潮流结果对应的全模型雅各比常数矩阵；同时，为了体现实际电网中电厂发电机对无功扰动的准稳态响应，设置模型中220kV火电厂的发电机机端母线为PV节点，并在潮流方程雅各比矩阵的L子阵中对应发电机极端母线的对角元做加大数处理；对于间歇性电源，设置其等值机母线为PQ节点；通过设置发电机极端的PV和PQ节点，计算得到光伏电站的无功出力对电网其他母线的电压灵敏度；(2)AVC主站与光伏电站AVC子站的双向互动：光伏电站AVC子站向调度主站传送内容，调度主站向光伏电站AVC子站传送指令；(3)计算光伏电站的全局无功优化；(4)光伏发电汇集区域敏捷自动电压控制调度中心AVC系统中，三级电压控制给出考虑光伏发电区域电压安全运行后的全网无功电压优化控制目标，该目标作为光伏汇集区域的中枢母线的控制目标；通过对光伏发电区域的二级电压控制来控制区域中各光伏电站无功以实现对光伏汇集区域的中枢母线的电压控制目标。...

【技术特征摘要】
1.一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)110kV和35kV光伏电站的电压控制建模：将光伏电站内部模型与市调主网模型进行合并，得到统一的含光伏发电的电网模型；对风电场、光伏电站建立等值模型；光伏发电无功电压灵敏度计算；市调AVC中基于合并全部光伏电站后的统一电网模型和电网运行状态，进行在线的全模型潮流计算，该潮流计算包括主网电网范围内的500kV变电站、220kV电厂、220kV变电站，以及通过上述模型合并，连接到220kV变电站主变中压侧110kV母线上的光伏电站模型；通过全模型的潮流计算，获得当前潮流结果对应的全模型雅各比常数矩阵；同时，为了体现实际电网中电厂发电机对无功扰动的准稳态响应，设置模型中220kV火电厂的发电机机端母线为PV节点，并在潮流方程雅各比矩阵的L子阵中对应发电机极端母线的对角元做加大数处理；对于间歇性电源，设置其等值机母线为PQ节点；通过设置发电机极端的PV和PQ节点，计算得到光伏电站的无功出力对电网其他母线的电压灵敏度；(2)AVC主站与光伏电站AVC子站的双向互动：光伏电站AVC子站向调度主站传送内容，调度主站向光伏电站AVC子站传送指令；(3)计算光伏电站的全局无功优化；(4)光伏发电汇集区域敏捷自动电压控制调度中心AVC系统中，三级电压控制给出考虑光伏发电区域电压安全运行后的全网无功电压优化控制目标，该目标作为光伏汇集区域的中枢母线的控制目标；通过对光伏发电区域的二级电压控制来控制区域中各光伏电站无功以实现对光伏汇集区域的中枢母线的电压控制目标。2.根据权利要求1所述的一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，将光伏电站内部模型与市调主网模型进行合并，得到统一的含光伏发电的电网模型的具体过程如下：1)预先设定市调自动电压控制系统AVC的控制周期为T；2)当自动电压控制系统AVC的一个控制周期到来时，首先从电网能量管理系统获取完整的电网主网CIM模型，模型内容包括：市调调度电网的500kV和220kV输电线路，以及电厂、变电站内的母线、发电机、变压器和断路器的设备模型，以及所述市调调度电网CIM模型内各设备模型的拓扑连接关系；将得到的电网主网CIM模型存入数据缓冲区中；3)从光伏电站i获取场站i的CIM模型Ci，内容包括：1条或多条新能源送出交流输电线路、母线、升压变压器、断路器、场内集电线路以及风力发电机或光伏逆变器的设备模型，以及所述模型Ci内各设备模型的拓扑连接关系；将得到的场站i的CIM模型Ci存入数据缓冲区中；4)对光伏电站站i的CIM模型Ci中的每条新能源送出交流输电线路Lj，执行如下步骤：4-1)根据预先人工编写的光伏电站并网点信息表，确定交流输电线路Lj的上级变电站Sk中的110kV母线Bk，并在省级电网CIM模型中找到Bk包含的端子Tk，将Tk的属性中描述的结点记为Nk，并记录Nk在CIM模型中的rdf:ID为Ridk；4-2)检查光伏电站送出交流输电线路Lj的电压等级；如果Lj为110kV电压等级，则执行步骤4-3)；如果Lj为35kV电压等级，则执行步骤4-4)；4-3)当Lj为110kV电压等级时，则：4-3-1)确定线路Lj悬空的一端的端子为Tj；查找方法是：检查交流输电线路Lj的2个端子，若其中一个端子的属性为空，则确定该端子为Tj，执行步骤4-3-2)；否则，报警并进入步骤4-5)；4-3-2)将端子Tj的属性的值设置为Ridk；4-4)当Lj为35kV电压等级时，则：4-4-1)确定线路Lj悬空的一端的端子为Tj；查找方法是：检查交流输电线路Lj的2个端子，若其中某一个端子的属性为空，则确定该端子为Tj，执行步骤4-4-2)；否则，报警并进入步骤4-5)；4-4-2)在存储CIM模型的数据缓冲区中，增加一个变压器模型记为Trfmj，该变压器模型包含2个变压器绕组，一个绕组为110kV记为Twj-110，其包含的端子记为Tmj-110；另一个绕组为35Kv记为Twj-35，其包含的端子记为Tmj-35；4-4-3)在存储CIM模型的数据缓冲区中，增加一个结点模型记为Nj-35，并设置Nj-35在CIM模型中的rdf:ID为Ridj-35；4-4-4)将端子Tmj-110的属性的值设置为Ridk；将端子Tmj-35的属性的值设置为Ridj-35；将端子Tj的属性的值设置为Ridj-35；4-5)重新返回步骤4-1)，对新能源场站模型Ci中的下一条新能源送出交流输电线路Lj+1进行处理，直至该新能源场站模型中全部新能源送出交流输电线路处理完成；5)重新返回步骤3)，对下一个新能源场站模型Ci+1.进行处理，直至全部新能源场站模型处理完成；数据缓冲区中每座新能源场站模型通过线路与省级电网模型中的上级变电站母线相连接，完整电网模型拼接完成；6)将数据缓冲区中的完成拼接的完整电网模型导入到自动电压控制系统中，由自动电压控制系统计算各个新能源场站的电压控制指令并进行下发；7)当下一个控制周期到来时，重新返回步骤2)，开始下一个周期的计算。3.根据权利要求1所述的一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，对风电场、光伏电站建立等值模型的具体过程如下：在风电场或光伏电站中，低压侧所连接的动态无功补偿装置和光伏阵列由光伏电站内AVC子站控制，因此在汇集站低压侧35kV母线上建立等值调相机模型，其当前运行的无功值以及无功可调节范围和以及无功可调节范围由风电场/光伏电站内AVC子站根据动态无功补偿装置(SVC/SVG)和风机、光伏逆变器阵列的运行状态，实时计算并上送。4.根据权利要求1所述的一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，光伏发电无功电压灵敏度计算的具体过程如下：牛顿-拉夫逊潮流算法中的修正公式如下：雅可比矩阵的各个元素则分别为为求取这些偏导数，将Pi、Qi分别展开如下计及j≠i时，由于对特定的j，只有该特定节点的δj，从而特定的δij＝δi-δj是变量，得相似的，由于对特定的j，只有该特定节点的Uj是变量，得j＝i时，由于δi是变量，所有δij＝δi-δj都是变量，得相似的，由于Ui是变量，得根据式(6-5)-式(6-8)，当Ui、Uj已知时，计算得到式(6-1)中雅各比矩阵的各元素，形成常数雅各比矩阵；利用当前的潮流计算结果和电网模型，形成常数雅各比矩阵，构造如(6-9)所示的注入潮流的变化量与母线电压变化量的线性方程，如下：其中为当前潮流解结果下的常数雅各比矩阵；同时，设置模型中220kV火电厂的发电机机端母线为PV节点，并在潮流方程雅各比矩阵的L子阵中对应发电机极端母线的对角元做加大数处理；设光伏电站低压侧无功设备连接在母线j上，将方程(6-10)的右边向量置为：其中ΔQj＝1；即除了第j个母线上的注入无功有单位变化量，其变化量为无功注入潮流增长单位1，其他变化量均为0，解方程(6-10)，求出该母线注入单位无功出力后，电网模型各个母线电压的相角变化Δθi和幅值变化ΔUi，其中ΔUi即为光伏电站低压无功对电网内其他母线i的无功电压灵敏度。5.根据权利要求1所述的一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，步骤(3)计算光伏电站的全局无功优化的具体过程如下：在调度中心AVC系统全局无功优化模型中建立光伏电站控制模型，包括等值模型的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓进，黄立华，周运斌，王卫，董楠，王腾飞，董晋阳，刘昕，
申请(专利权)人：国网北京市电力公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11