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专利名称：一种厂站级无功协调控制方法和系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN201911255365.8

专利申请（专利权）人：国网西藏电力有限公司电力科学研究院,国电南瑞开云优惠体育网页版入口股份有限公司
权利人地址：西藏自治区拉萨市色拉路17号

专利发明（设计）人：措姆,朱玲,王大飞,陶泉霖,梅燕,李威,张波琦,刘福锁,张俊杰,林文莉,巴贵,吴雪莲,吴杰,赵学茂,巴桑,王玉,李俊,李兆伟,丹增多吉,邹德龙,王寒,倪禛霖

专利摘要：本发明提供了一种厂站级无功协调控制方法。该法包括：获取并网点电压；基于所述并网点电压判断所述并网点是否结束低电压穿越，如果已经结束则重置厂站级电压调节器和PI调节器参数；基于所述并网点电压和电压控制点参考电压得到光伏发电系统所需无功功率，并根据所述光伏发电系统所需无功功率，对无功补偿装置和各光伏发电单元进行无功补偿控制。本发明提供的技术方案聚焦系统过电压，制定相应的抑制光伏电站故障后过电压的无功协调控制策略，用于光伏电站稳态无功调压，同时解决光伏电站暂态故障后出现的短时过电压问题。

主权利要求：
1.一种厂站级无功协调控制方法，其特征在于，包括：获取并网点电压；
基于所述并网点电压判断所述并网点是否结束低电压穿越，如果已经结束则重置厂站级电压调节器和PI调节器参数；
基于所述并网点电压和电压控制点参考电压得到光伏发电系统所需无功功率，并根据所述光伏发电系统所需无功功率，对无功补偿装置和各光伏发电单元进行无功补偿控制；
所述基于所述并网点电压判断所述并网点是否结束低电压穿越，包括：当所述并网点电压的高压侧电压在暂态恢复过程中电压恢复至设定的最高阈值时，所述并网点结束低电压穿越，否则所述并网点仍然处于低电压穿越状态；
所述根据所述光伏发电系统所需无功功率，对无功补偿装置和各光伏发电单元进行无功补偿控制，包括：所述无功补偿装置基于所述光伏发电系统所需无功功率以最大无功要求输出无功；
判断各光伏发电单元的光伏逆变器是否进入低电压穿越状态，是则所述各光伏发电单元响应自身低穿策略控制，否则各光伏发电单元分担所述无功补偿装置输出无功后未满足所述光伏发电系统所需无功功率时的剩余无功；
所述无功补偿装置基于所述光伏发电系统所需无功功率以最大无功要求输出无功，包括：以所述光伏发电系统所需无功功率作为所述无功补偿装置的无功功率参考量；
当所述无功补偿装置的无功功率参考量小于所述无功补偿装置的容性无功容量且大于感性无功容量时，所述无功补偿装置以所述无功补偿装置的无功功率参考量输出无功，否则所述无功补偿装置以所述无功补偿装置的感性无功容量或容性无功容量输出无功；
所述判断各光伏发电单元的光伏逆变器是否进入低电压穿越状态，包括：当预先采集的并网点电压的高压侧电压跌落至设定的最低阈值时，所述各光伏发电单元的光伏逆变器进入低电压穿越状态。
2.根据权利要求1所述的厂站级无功协调控制方法，其特征在于，所述重置厂站级电压调节器和PI调节器参数，包括：将厂站级电压调节器无功限幅上限值设置为零；
延时预设时间长度后，将所述厂站级电压调节器无功限幅上限恢复为初始值，并将PI调节器积分初值设置为零。
3.根据权利要求1所述的厂站级无功协调控制方法，其特征在于，所述基于所述并网点电压和电压控制点参考电压得到光伏发电系统所需无功功率，包括：根据所述并网点电压和电压控制点参考电压得到电压偏差，然后经过厂站级控制计算得到光伏发电系统所需无功功率。
4.根据权利要求1所述的厂站级无功协调控制方法，其特征在于，所述各光伏发电单元分担所述无功补偿装置输出无功后未满足所述光伏发电系统所需无功功率时的剩余无功，包括：将所述剩余无功作为各光伏发电单元的无功功率参考总量，并基于预先设定的分配策略为每一光伏发电单元分别分配无功功率参考量；
各光伏发电单元基于所述无功功率参考量输出无功。
5.根据权利要求4所述的厂站级无功协调控制方法，其特征在于，所述各光伏发电单元基于所述无功功率参考量输出无功，包括：当所述各光伏发电单元的无功功率参考量小于所述光伏发电单元的容性无功容量且大于感性无功容量时，所述光伏发电单元以所述光伏发电单元的无功功率参考量输出无功，否则所述光伏发电单元以所述光伏发电单元的感性无功容量或容性无功容量输出无功。
6.根据权利要求2所述的厂站级无功协调控制方法，其特征在于，所述时间长度的设定包括：基于电网结构，通过仿真实验模拟多方式多故障下电压恢复过程中过电压状态的持续时间；
基于所述持续时间设定需要延时的时间段。
7.根据权利要求1所述的厂站级无功协调控制方法，其特征在于，所述设定的最高阈值为0.9倍额定电压。
8.根据权利要求1所述的厂站级无功协调控制方法，其特征在于，所述设定的最低阈值为0.2倍额定电压。
9.一种厂站级无功协调控制系统，采用如权利要求1?8任一项所述的控制方法，其特征在于，包括：判断模块，用于获取并网点电并根据并网点电压判断并网点是否结束低电压穿越；
控制模块，用于根据判断模块的判断结果，计算光伏发电系统所需无功功率，并基于所述光伏发电系统所需无功功率进行无功调节；
所述判断模块包括：采集单元和第一判断单元；
所述采集单元，用于采集并网点电压，并发送给第一判断单元；
所述第一判断单元，用于根据来自判断单元的并网点电压判断并网点是否结束低电压穿越；
所述控制模块包括：重置单元、计算单元、分配单元和调节单元；
所述重置单元，用于当所述并网点结束低电压穿越时，重置厂站级电压调节器和PI调节器参数；
所述计算单元，用于根据所述并网点电压和电压控制点参考电压之间的电压偏差，经过厂站级控制计算得到光伏发电系统所需无功功率；
所述分配单元，用于基于所述光伏发电系统所需无功功率，为无功补偿装置和各光伏发电单元分配无功指令，并发送给调节单元；
所述调节单元，用于根据来自分配单元的无功指令进行光伏电站无功调节。 说明书 : 一种厂站级无功协调控制方法和系统技术领域[0001] 本发明涉及电力自动化技术领域，具体涉及一种厂站级无功协调控制方法和系统。背景技术[0002] 随着系统成本的持续降低和发电效率的不断提高，建设大型光伏电站是大规模利用太阳能的有效方式。不同于小容量光伏并网发电系统，很多大型光伏电站建立在远离负荷中心、光照资源丰富的荒漠地区，且光伏电站连接的地区电网多处于偏远地区，负荷比较分散，地区电网输电线路较长，电网相对薄弱。光伏发电系统本身的光照强度、温度变化等都会引起并网电压波动甚至越限，大型光伏电站必须参与调压控制，必要时给电网提供紧急无功支撑。目前无功与电压控制问题的研究主要集中在分布式光伏发电等领域，而关于大型光伏电站无功与电压控制问题的研究甚少。因此，针对目前大型光伏电站的无功补偿装置建设落后或不具备无功补偿要求的现状，研究适用于大型光伏电站的无功与电压控制策略具有十分重要的现实意义。[0003] 通常，系统稳态时发生电压波动过程中产生的电压暂降、功率冲击以及电流冲击对直流本体以及受端交流电网的影响并不严重，系统通过自身的无功调节能力能够承受电压波动带的影响。当系统发生暂态故障后，在一定时间内若系统电压过低，且依靠系统自身的无功调节能力无法恢复，将对受端电网造成巨大冲击。目前应对系统电压过低的措施主要是通过无功补偿进行应对，但是由于无功补偿装置自身特性，在响应过程中可能引起系统过电压。发明内容[0004] 为了解决光伏电站稳态无功调压，同时解决光伏电站暂态故障后出现的短时过电压问题，本发明提供一种厂站级无功协调控制方法。[0005] 本发明提供的技术方案是：[0006] 一种厂站级无功协调控制方法，包括：[0007] 获取并网点电压；[0008] 基于所述并网点电压判断所述并网点是否结束低电压穿越，如果已经结束则重置厂站级电压调节器和PI调节器参数；[0009] 基于所述并网点电压和电压控制点参考电压得到光伏发电系统所需无功功率，并根据所述光伏发电系统所需无功功率，对无功补偿装置和各光伏发电单元进行无功补偿控制。[0010] 优选的，所述基于所述并网点电压判断所述并网点是否结束低电压穿越，包括：[0011] 当所述并网点电压的高压侧电压在暂态恢复过程中电压恢复至设定的最高阈值时，所述并网点结束低电压穿越，否则所述并网点仍然处于低电压穿越状态。[0012] 优选的，所述重置厂站级电压调节器和PI调节器参数，包括：[0013] 将厂站级电压调节器无功限幅上限值设置为零；[0014] 延时预设时间长度后，将所述厂站级电压调节器无功限幅上限恢复为初始值，并将PI调节器积分初值设置为零。[0015] 优选的，所述基于所述并网点电压和电压控制点参考电压得到光伏发电系统所需无功功率，包括：[0016] 根据所述并网点电压和电压控制点参考电压得到电压偏差，然后经过厂站级控制计算得到光伏发电系统所需无功功率。[0017] 优选的，所述根据所述光伏发电系统所需无功功率，对无功补偿装置和各光伏发电单元进行无功补偿控制，包括：[0018] 所述无功补偿装置基于所述光伏发电系统所需无功功率以最大无功要求输出无功；[0019] 判断各光伏发电单元的光伏逆变器是否进入低电压穿越状态，是则所述各光伏发电单元响应自身低穿策略控制，否则各光伏发电单元分担所述无功补偿装置输出无功后未满足所述光伏发电系统所需无功功率时的剩余无功。[0020] 进一步的，所述无功补偿装置基于所述光伏发电系统所需无功功率以最大无功要求输出无功，包括：[0021] 以所述光伏发电系统所需无功功率作为所述无功补偿装置的无功功率参考量；[0022] 当所述无功补偿装置的无功功率参考量小于所述无功补偿装置的容性无功容量且大于感性无功容量时，所述无功补偿装置以所述无功补偿装置的无功功率参考量输出无功，否则所述无功补偿装置以所述无功补偿装置的感性无功容量或容性无功容量输出无功。[0023] 进一步的，所述判断各光伏发电单元的光伏逆变器是否进入低电压穿越状态，包括：[0024] 当预先采集的并网点电压的高压侧电压跌落至设定的最低阈值时，所述各光伏发电单元的光伏逆变器进入低电压穿越状态。[0025] 进一步的，所述各光伏发电单元分担所述无功补偿装置输出无功后未满足所述光伏发电系统所需无功功率时的剩余无功，包括：[0026] 将所述剩余无功作为各光伏发电单元的无功功率参考总量，并基于预先设定的分配策略为每一光伏发电单元分别分配无功功率参考量；[0027] 各光伏发电单元基于所述无功功率参考量输出无功。[0028] 进一步的，所述各光伏发电单元基于所述无功功率参考量输出无功，包括：[0029] 当所述各光伏发电单元的无功功率参考量小于所述光伏发电单元的容性无功容量且大于感性无功容量时，所述光伏发电单元以所述光伏发电单元的无功功率参考量输出无功，否则所述光伏发电单元以所述光伏发电单元的感性无功容量或容性无功容量输出无功。[0030] 进一步的，所述时间长度的设定包括：[0031] 基于电网结构，通过仿真实验模拟多方式多故障下电压恢复过程中过电压状态的持续时间；[0032] 基于所述持续时间设定需要延时的时间段。[0033] 进一步的，所述设定的最高阈值为0.9倍额定电压。[0034] 进一步的，所述设定的最低阈值为0.2倍额定电压。[0035] 一种厂站级无功协调控制系统，所述系统包括：[0036] 判断模块，用于获取并网点电并根据并网点电压判断并网点是否结束低电压穿越；[0037] 控制模块，用于根据判断模块的判断结果，计算光伏发电系统所需无功功率，并基于所述光伏发电系统所需无功功率进行无功调节。[0038] 所述判断模块包括：采集单元和第一判断单元；[0039] 所述采集单元，用于采集并网点电压，并发送给第一判断单元；[0040] 所述第一判断单元，用于根据来自判断单元的并网点电压判断并网点是否结束低电压穿越。[0041] 所述控制模块包括：重置单元、计算单元、分配单元和调节单元；[0042] 所述重置单元，用于当所述并网点结束低电压穿越时，重置厂站级电压调节器和PI调节器参数；[0043] 所述计算单元，用于根据所述并网点电压和电压控制点参考电压之间的电压偏差，经过厂站级控制计算得到光伏发电系统所需无功功率；[0044] 所述分配单元，用于基于所述光伏发电系统所需无功功率，为无功补偿装置和各光伏发电单元分配无功指令，并发送给调节单元；[0045] 所述调节单元，用于根据来自分配单元的无功指令进行光伏电站无功调节。[0046] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：[0047] 本发明提供一种厂站级无功协调控制方法，所述方法包括：获取并网点电压；基于所述并网点电压判断所述并网点是否结束低电压穿越，如果已经结束则重置厂站级电压调节器和PI调节器参数；基于所述并网点电压和电压控制点参考电压得到光伏发电系统所需无功功率，并根据所述光伏发电系统所需无功功率，对无功补偿装置和各光伏发电单元进行无功补偿控制。本发明提供的技术方案用于光伏电站稳态无功调压，同时解决光伏电站暂态故障后出现的短时过电压问题。[0048] 本发明提供的技术方案聚焦系统过电压，制定相应的抑制光伏电站故障后过电压的无功协调控制策略，稳定系统电压，减少对受端电网的冲击。附图说明[0049] 图1为本发明的一种厂站级无功协调控制方法的实施流程图；[0050] 图2为本发明实施例中光伏发电站低压穿越能力要求图；[0051] 图3为本发明实施例中厂站级无功与电压协调控制策略的具体实现方式图；[0052] 图4为本发明实施例中厂站级电压调节器协调控制策略流程图；[0053] 图5?(1)为本发明实施例中藏定日光伏电站并网点电压仿真对比图；[0054] 图5?(2)为本发明实施例中藏萨迦光伏电站并网点电压仿真对比图；[0055] 图5?(3)为本发明实施例中藏昂仁光伏电站并网点电压仿真对比图；[0056] 图5?(4)为本发明实施例中藏拉孜光伏电站并网点电压仿真对比图；[0057] 图6为本发明的一种厂站级无功协调控制系统的结构示意图。具体实施方式[0058] 为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明作进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。[0059] 实施例1：[0060] 本发明实施例提供的厂站级无功协调控制方法，其具体实施过程如图1所示，包括：[0061] S101：获取并网点电压；[0062] S102：基于所述并网点电压判断所述并网点是否结束低电压穿越，如果已经结束则重置厂站级电压调节器和PI调节器参数；[0063] S103：基于所述并网点电压和电压控制点参考电压得到光伏发电系统所需无功功率，并根据所述光伏发电系统所需无功功率，对无功补偿装置和各光伏发电单元进行无功补偿控制。[0064] 具体的，步骤S102，基于所述并网点电压判断所述并网点是否结束低电压穿越，如果已经结束则重置厂站级电压调节器和PI调节器参数，具体实施过程包括：[0065] 步骤S102?1，判断预先采集的并网点电压的高压侧电压在暂态恢复过程中电压是否恢复至0.9p.u.，是则并网点结束低电压穿越，否则并网点仍然处于低电压穿越状态。[0066] 步骤S102?2，若并网点已结束低电压穿越，重置厂站级电压调节器无功限幅上限、延时T时刻后厂站级电压调节器无功限幅上限和PI调节器积分初值，其中：[0067] S102?2?1，修改厂站级电压调节器无功限幅上限Qmax为零；[0068] 电压调节器无功限幅上限Qmax为系统可发出感性无功容量，令Qmax＝0即系统停止发出的感性无功；[0069] S102?2?2，延时T时刻后厂站级电压调节器无功限幅上限恢复初始值，同时重置PI调节器积分初值为零；[0070] 延时T时刻的确定需结合具体电网结构，通过大量仿真实验，模拟多方式多故障下电压恢复过过程中过电压问题的持续时间；在T时间之后将Qmax恢复初始值，即系统可发出的感性无功并根据系统所需发出无功功率；[0071] PI调节器比例系数ki、积分系数kp要结合电压/无功静态线性有差调节特性以及大型光伏电站接入地区的电压无功具体情况而设定。[0072] 具体的，步骤S103，基于所述并网点电压和电压控制点参考电压得到光伏发电系统所需无功功率，并根据所述光伏发电系统所需无功功率，对无功补偿装置和各光伏发电单元进行无功补偿控制，具体实施过程包括：[0073] 步骤S103?1，根据并网点电压和电压控制点参考电压之间的电压偏差，经过厂站级控制计算得到光伏发电系统所需无功功率Qord；[0074] 步骤S103?2，基于光伏发电系统所需无功功率Qord，光伏电站对无功补偿装置(SVC)和各光伏发电单元的光伏逆变器发出无功分配指令；[0075] 步骤S103?3，无功补偿装置(SVC)和各光伏发电单元的光伏逆变器共同响应无功分配指令，其中：[0076] 步骤S103?3?1，无功补偿装置(SVC)基于所述光伏发电系统所需无功功率以最大无功要求输出无功，包括：[0077] 步骤S103?3?1?1：光伏发电系统所需无功功率(SVC)作为无功补偿装置的无功功率参考量Qsref，Qsmax、Qsmin表示SVC单元的感性无功容量、容性无功容量；[0078] 步骤S103?3?1?2：若Qsmax＜Qsref＜Qsmin时，SVC单元发出Qsref，若不满足Qsmax＜Qsref＜Qsmin，则SVC单元发出Qsmax或Qsmin；[0079] 步骤S103?3?2，判断各光伏发电单元的光伏逆变器是否进入低电压穿越状态，是则各光伏发电单元响应自身低穿策略控制，否则执行步骤S103?3?3。[0080] 其中，光伏机组光伏发电单元是否进入低电压穿越判据如图2所示：当并网点电压在图2中灰色部分区域内时，光伏电站必须保证不间断并网运行。图2中正常运行的最低电压限值为0.9倍额定电压，需要耐受的电压下限为0.2倍额定电压。在故障发生后0?2s内需要光伏具有低压穿越能力，即使光伏并网点电压跌落到0，光伏电站也要并网运行0.15s；[0081] 步骤S103?3?3，各光伏发电单元分担无功补偿装置输出无功后未满足光伏发电系统所需无功功率Qord时的剩余无功，包括：[0082] 步骤S103?3?3?1：将剩余无功作为各光伏发电单元的无功功率参考总量，并基于预先设定的分配策略为每一光伏发电单元分配无功功率参考量Qiref，Qimax、Qimi分别表示光伏发电单元i的感性无功容量、容性无功容量；[0083] 步骤S103?3?3?2：针对任一光伏发电单元，若Qimax＜Qiref＜Qimin时，光伏发电单元发出Qiref，若不满足Qimax＜Qiref＜Qimin，则光伏发电单元发出Qimax或Qimin。[0084] 实施例2：[0085] 如图3、图4所示，本实施例提供一种厂站级无功协调控制策略，具体方法如下：[0086] 采集大型光伏电站并网点电压，经厂站级电压调节器协调控制后计算光伏电站无功调节需求，进而对电站内无功补偿装置(SVC)和光伏逆变器发出无功分配指令进行调节。暂态过程中光伏逆变器进入低电压穿越控制不响应厂站级无功调压指令，检测到光伏机组出低电压穿越控制信号后，修改厂站级电压调节器无功限幅上限为零，延时T＝0.3s时刻后恢复初始值，同时重置PI调节器积分值。[0087] 如图5?(1)至图5?(4)所示，针对夏平方式下西藏电网林麦多林发生N?2故障，通过对比仿真(相关参数见表1)采用本发明的抑制光伏电站故障后过电压的厂站级无功协调控制策略与未采用本发明无功协调控制策略，监测藏定日、藏萨迦、藏昂仁、藏拉孜光伏电站并网点电压可得：虽然两种方式皆可用于无功调压，可明显看出未采用本发明无功协调控制策略会出现暂态故障后出现的短时过电压问题。因此可得出结论：该策略能够用于光伏电站稳态无功调压，同时解决光伏电站暂态故障后出现的短时过电压问题。[0088] 表1[0089][0090][0091] 实施例3：[0092] 基于同一发明构思，本发明还提供一种厂站级无功协调控制系统，如图6所示，所述系统包括：[0093] 判断模块，用于获取并网点电并根据并网点电压判断并网点是否结束低电压穿越；[0094] 控制模块，用于根据判断模块的判断结果，计算光伏发电系统所需无功功率，并基于所述光伏发电系统所需无功功率进行无功调节。[0095] 其中，判断模块包括：采集单元和第一判断单元；[0096] 采集单元，用于采集并网点电压，并发送给第一判断单元；[0097] 第一判断单元，用于根据来自判断单元的并网点电压判断并网点是否结束低电压穿越。[0098] 其中，控制模块包括：重置单元、计算单元、分配单元和调节单元；[0099] 重置单元，用于当并网点结束低电压穿越时，重置厂站级电压调节器和PI调节器参数；[0100] 计算单元，用于根据并网点电压和电压控制点参考电压之间的电压偏差，经过厂站级控制计算得到光伏发电系统所需无功功率；[0101] 分配单元，用于基于光伏发电系统所需无功功率，为无功补偿装置和各光伏发电单元分配无功指令，并发送给调节单元；[0102] 调节单元，用于根据来自分配单元的无功指令进行光伏电站无功调节。[0103] 本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD?ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。[0104] 本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。[0105] 这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。[0106] 这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。[0107] 以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

专利地区：西藏

专利申请日期：2019-12-10

专利公开日期：2024-07-12

专利公告号：CN111082473B