一种光伏发电自动电压控制方法技术

本发明专利技术属于电压控制技术领域，具体涉及一种光伏发电自动电压控制方法；它包括：步骤1、建立光伏电池和逆变器的数学模型，在此基础上搭建整体的光伏电站模型；步骤2、针对光伏电站中多无功源的情况，分别对光伏电站中的逆变器和无功补偿装置的无功特性进行研究，建立相应的控制模型；步骤3、利用MATLAB仿真分别验证逆变器和无功补偿装置的无功出力特性；步骤4、基于逆变器和无功补偿装置的无功出力特性以及光伏电站的等值模型，确定针对光伏电站的分阶段无功电压优化协调控制策略；本发明专利技术的一种光伏发电自动电压控制方法，可实现对整个光伏电站的动态无功调节，维持并网点局部电压稳定。维持并网点局部电压稳定。维持并网点局部电压稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏发电自动电压控制方法


[0001]本专利技术属于电压控制
，具体涉及一种光伏发电自动电压控制方法。

技术介绍

[0002]随着光伏系统成本的不断降低及光伏并网技术的成熟，光伏发电越来越受到国际社会的青睐，光伏电站一般建立在太阳能资源充沛的边远地区，能够集中地利用太阳能，且易于控制和管理并联逆变器；但是，随着光伏发电在电网电源中的比例不断增大，光伏电能需要远距离输送到负荷中心，光伏系统对电网电压稳定性产生不利影响；大型光伏电站在输电侧并网对常规电网的潮流大小和分布会产生影响，并使电网各节点电压发生变化随着越来越多大规模光伏电站接入电网，造成的无功电压问题越来越严重；而自动电压控制具有提高电网电压质量、降低网损、增加稳定储备和减轻调度值班人员劳动强度的功能，能够保证电网安全经济优质运行；自动电压控制是指对全网无功电压状态进行集中监视和分析计算，从全局的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制，它不仅可以实现对无功电压的自动调节，而且具有一定的优化功能，是保持系统电压稳定、提升电网电压品质和整个系统经济运行水平、提高无功电压管理水平的重要技术手段；因此，提供一种可实现对整个光伏电站的动态无功调节，维持并网点局部电压稳定的光伏发电自动电压控制方法是很有必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种可实现对整个光伏电站的动态无功调节，维持并网点局部电压稳定的光伏发电自动电压控制方法。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：一种光伏发电自动电压控制方法，它包括以下步骤：
[0005]步骤1、建立光伏电池和逆变器的数学模型，在此基础上搭建整体的光伏电站模型；
[0006]步骤2、针对光伏电站中多无功源的情况，分别对光伏电站中的逆变器和无功补偿装置的无功特性进行研究，建立相应的控制模型；
[0007]步骤3、利用MATLAB仿真分别验证逆变器和无功补偿装置的无功出力特性；
[0008]步骤4、基于逆变器和无功补偿装置的无功出力特性以及光伏电站的等值模型，确定针对光伏电站的分阶段无功电压优化协调控制策略；
[0009]所述步骤1建立光伏电池和逆变器的数学模型，在此基础上搭建整体的光伏电站模型包括：
[0010]光伏阵列由大量光伏组件组成，输出电流为：
[0011][0012]式中，V、I
p
为输出电压和电流；N为串联组件数；M为并联组件数；I1为光电流；I0为二极管的反向饱和电流；A为理想因子；R
s
、R
sh
为串并联电抗；k为玻尔兹曼常数；q为电荷常数；T
b
为表面温度；
[0013]三相无隔离变压器型逆变器的数学模型如下所示：
[0014][0015]式中，i
d
、i
q
分别为逆变器输出的d、q轴电流；S
d
、S
q
分别为abc坐标变换到dq坐标中相对应的d、q开关函数；w
e
为角频率；
[0016]按接入母线位置的不同，将光伏电站分为左右两个部分，根据节点电压法，节点电压方程表达式如下：
[0017][0018][0019]式中，Z
n
和u
A,n
分别为第n个发电单元等效输入阻抗和开路电压；Z
l,n
为各发电单元之间的线路阻抗。
[0020]所述步骤2针对光伏电站中多无功源的情况，分别对光伏电站中的逆变器和无功补偿装置的无功特性进行研究，建立相应的控制模型包括：
[0021]逆变器输出的无功功率范围为：
[0022][0023]每台逆变器输出的无功功率为：
[0024][0025]当逆变器无功功率给定时，则有：
[0026][0027]即每台逆变器输出的无功功率为：
[0028][0029]设光伏电站的逆变器数量有n台，则逆变器总的无功容量为：
[0030][0031]式中，每台逆变器的容量是S，第i台逆变器的输出有功功率、无功功率分别为P
i
、Q
i
；Q
imin
、Q
imax
分别为第i台逆变器输出的容性、感性无功功率，Q
min
和Q
max
分别为光伏电站逆变器能够发出的容性和感性无功功率；
[0032]在dq坐标系下无功补偿装置输出的有功功率和无功功率表达式为；
[0033][0034]式中，U
S
为无功补偿装置的电网电压，通过控制i
d
、i
q
可分别调节无功补偿装置输出的有功功率和无功功率。
[0035]所述步骤3利用MATLAB仿真分别验证逆变器和无功补偿装置的无功出力特性包括：在MATLAB仿真软件中搭建逆变器和无功补偿装置的仿真模型，通过仿真在不同的光照强度下逆变器的无功出力研究逆变器的无功调节的范围，并通过仿真无功补偿装置对系统进行实时补偿，验证无功补偿装置无功调节和稳定电网电压的能力。
[0036]所述步骤4基于逆变器和无功补偿装置的无功出力特性以及光伏电站的等值模型，确定针对光伏电站的分阶段无功电压优化协调控制策略包括：
[0037]步骤4.1、根据并联电容器组的投切情况对光照强度的平均变化曲线进行分段，取每段的平均电压与参考电压比较，保证与接入点电压偏差最小控制并联电容器组投切；
[0038]步骤4.2、根据实时检测到的接入点电压计算出需要补偿的无功容量，根据相应的目标函数、等式约束条件以及不等式约束条件对逆变器和无功补偿装置进行最优无功分配；
[0039]步骤4.3、根据光伏电站中各光伏发电单元的无功电压灵敏度情况，按照其灵敏度大小对各光伏发电单元进行无功的再次分配。
[0040]所述步骤步骤4.1包括：
[0041]并联电容器组的投切控制，借助每天的光伏电站光照强度平均变化曲线，控制投入的无功补偿容量，使得接入点的电压满足要求，控制中选用每天平均变化曲线区间内接入点的平均电压和参考电压的差值最小作为目标函数，其表达式为：
[0042]F＝minΔU＝min|U
i
‑
U
ref
|
[0043]式中，U
i
为平均变化曲线中第i个区间接入点的电压；U
ref
为接入点的参考电压；电压关系式为：
[0044][0045]式中，Q
c
为补偿的无功功率；R、X分别为到接入点的电阻和电抗值；
[0046]并联电容器组前，变化曲线中第i个区间的电压为：
[0047][0048]并联电容器组后，变化曲线第i个区间的电压为：
[0049][0050]式中，U'
i
为变化曲线中第i个区间的接入点电压；
[0051]不等式约束条件包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，它包括以下步骤：步骤1、建立光伏电池和逆变器的数学模型，在此基础上搭建整体的光伏电站模型；步骤2、针对光伏电站中多无功源的情况，分别对光伏电站中的逆变器和无功补偿装置的无功特性进行研究，建立相应的控制模型；步骤3、利用MATLAB仿真分别验证逆变器和无功补偿装置的无功出力特性；步骤4、基于逆变器和无功补偿装置的无功出力特性以及光伏电站的等值模型，确定针对光伏电站的分阶段无功电压优化协调控制策略。2.如权利要求1所述的一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，所述步骤1建立光伏电池和逆变器的数学模型，在此基础上搭建整体的光伏电站模型包括：光伏阵列由大量光伏组件组成，输出电流为：式中，V、I
p
为输出电压和电流；N为串联组件数；M为并联组件数；I1为光电流；I0为二极管的反向饱和电流；A为理想因子；R
s
、R
sh
为串并联电抗；k为玻尔兹曼常数；q为电荷常数；T
b
为表面温度；三相无隔离变压器型逆变器的数学模型如下所示：式中，i
d
、i
q
分别为逆变器输出的d、q轴电流；S
d
、S
q
分别为abc坐标变换到dq坐标中相对应的d、q开关函数；w
e
为角频率；按接入母线位置的不同，将光伏电站分为左右两个部分，根据节点电压法，节点电压方程表达式如下：
式中，Z
n
和u
A,n
分别为第n个发电单元等效输入阻抗和开路电压；Z
l,n
为各发电单元之间的线路阻抗。3.如权利要求1所述的一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，所述步骤2针对光伏电站中多无功源的情况，分别对光伏电站中的逆变器和无功补偿装置的无功特性进行研究，建立相应的控制模型包括：逆变器输出的无功功率范围为：每台逆变器输出的无功功率为：当逆变器无功功率给定时，则有：即每台逆变器输出的无功功率为：设光伏电站的逆变器数量有n台，则逆变器总的无功容量为：式中，每台逆变器的容量是S，第i台逆变器的输出有功功率、无功功率分别为P
i
、Q
i
；Q
imin
、Q
imax
分别为第i台逆变器输出的容性、感性无功功率，Q
min
和Q
max
分别为光伏电站逆变器能够发出的容性和感性无功功率；在dq坐标系下无功补偿装置输出的有功功率和无功功率表达式为；
式中，U
S
为无功补偿装置的电网电压，通过控制i
d
、i
q
可分别调节无功补偿装置输出的有功功率和无功功率。4.如权利要求1所述的一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，所述步骤3利用MATLAB仿真分别验证逆变器和无功补偿装置的无功出力特性包括：在MATLAB仿真软件中搭建逆变器和无功补偿装置的仿真模型，通过仿真在不同的光照强度下逆变器的无功出力研究逆变器的无功调节的范围，并通过仿真无功补偿装置对系统进行实时补偿，验证无功补偿装置无功调节和稳定电网电压的能力。5.如权利要求1所述的一种光伏发电自动电压控制方法，其特征在于，所述步骤4基于逆变器和无功补偿装置的无功出力特性以及光伏电站的等值模型，确定针对光伏电站的分阶段无功电压优化协调控制策略包括：步骤4.1、根据并联电容器组的投切情况对光照强度的平均变化曲线进行分段，取每段的平均电压与参考电...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑罡，南钰，秦泽华，郭二磊，宋瑞卿，郝婧，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司开封供电公司，
类型：发明
国别省市：