CN109103894A - 一种用于水光互补电站的无功控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于水光互补电站的无功控制方法，用于水光互补电站的并网点电压控制，其无功支撑通过水电机组和光伏逆变器共同实现。当并网点电压波动时，水电机组励磁系统惯性相对较大，励磁有滞后，存在无功响应偏差，将该偏差作为光伏逆变器无功给定，来补偿该无功响应偏差。待水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器无功输出逐渐减小，并网点电压主要靠水电励磁系统控制。水光互补电站并网点电压采用闭环调节方式，为防止水电机组和光伏逆变器频繁动作，对并网点电压偏差量进行死区范围设定，若超出设定的死区范围，则电压闭环控制有效。同时，为了提高并网点电压环的响应速度，以水光互补电站的无功损耗作为补偿，得到最终无功功率整定值。

Description

一种用于水光互补电站的无功控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于水光互补电站的控制方法。

背景技术

光伏发电是利用太阳能电池板将光能转化为电能的一种发电方式，由于受昼夜、季节、天气等因素的影响较大，其发电出力具有随机性、波动性和间歇性。大容量的光伏电站直接并入电网，易对电力系统的稳定运行产生不利影响。然而，如果将光电送入水电站，由于水电站的水库库容大，调节能力强，水电机组启动迅速、调节灵活、负荷响应快，对光电出力的进行实时补偿，便可以平抑光电的波动、随机性出力，保证上网光电的质量满足电网的要求。同时，由于水电站受季节影响较大，每年4月到9月丰水期水电站运行效率较高，而10月到第二年的3月多为枯水期，电力系统运行较慢，导致的长期低效率运行。因此水电站接入光伏系统，也是对水电站的互补优化。采取水电白天蓄水，夜间发电，利用光伏发电在日间发电，将光伏发电与水电站进行完美结合，水电以调节库容补偿光电，光电以电量支撑调节库容进而补偿光电，调整电力系统的发电效率，确保各时段电力系统运行稳定。

现有的水光互补协调控制策略中，无功控制大多利用水电站的水轮发电机组的励磁系统调节，没有充分结合电源本身的惯性特性进行最优控制。

CN 104617602 A《水光互补协调控制系统》提出一种水光互补协调控制系统，能够使用AGC、AVC控制技术实现光伏电站和水电站的联合运行互补协调。其中关于无功控制方法，仅提及调节光伏电站的无功调节设备和/或水电站的水轮发电机组的励磁，但未提及具体是调节光伏电站的哪些设备，和如何调节、如何进行无功分配控制等。CN 106549421 A《一种水电与光电多目标优化设计与协调控制方法》提出了一种水电和光电多目标优化设计与协调控制方法，但未提及具体的无功控制相关的内容和方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提出一种用于水光互补电站的无功控制方法。

本发明在达到同样控制目标的情况下，充分利用电源自身特性优势，降低系统控制成本和提高控制响应性能，进而保证电网电压稳定。

本发明的技术方案如下：

本发明用于水光互补电站的无功控制方法，通过水电机组和光伏逆变器共同实现对水光互补电站的并网点电压控制。当并网点电压波动时，水电机组励磁系统惯性相对较大，励磁有滞后，存在无功响应偏差。控制时将该无功响应偏差作为光伏逆变器无功给定，来补偿水电机组励磁系统的短暂滞后。待水电机组励磁系统调节完成，并网点电压主要依靠水电励磁系统控制。本发明对水光互补电站并网点电压采用闭环调节方式，根据水光互补电站要求的并网点电压控制偏差指标，对电压偏差量进行死区范围设定，若并网点电压偏差量超出设定的死区范围，则电压闭环控制有效，否则电压偏差输出为零。为了提高并网点电压环的响应速度，以水光互补电站的无功损耗：送出线路损耗、内部集成电路损耗、变压器损耗等作为补偿，得到最终无功功率整定值。在对光伏电站的光伏逆变器无功分配时，优先采用等功率因数法对各台光伏逆变器进行无功分配。

本发明的具体控制方法如下：

当并网点电压波动时，水电机组励磁系统惯性相对较大，励磁有滞后，存在无功响应偏差，将该偏差作为光伏逆变器的无功给定，来补偿由于水电机组励磁滞后带来的无功响应偏差。待水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器的无功输出逐渐减小，并网点电压主要依靠水电机组励磁系统控制。具体是：当水光互补电站中增加感性负载时，并网点电压降低，光伏逆变器惯性小，响应速度快，快速发出无功功率，提高并网点电压，待水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器无功输出逐渐减小，主要依靠水电机组励磁系统发出无功功率提高并网点电压。当水光互补电站中增加容性负载时，并网点电压升高，光伏逆变器惯性小，响应速度快，快速吸收无功功率，降低并网点电压，待水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器无功输出逐渐减小，主要依靠水电机组励磁系统吸收无功功率降低并网点电压。

本发明对水光互补电站并网点电压采用闭环调节方式，其中水光互补电站调度中心电压指令U_ref作为电压环的给定值，并网点实际电压值U_g作为电压环的反馈值，电压偏差量为△u。为防止水电机组和光伏逆变器频繁动作，本发明对并网点电压偏差量进行死区范围设定。当并网点电压偏差量△u在死区范围内时，即△u在[-U_th，U_th],得到的新并网点电压偏差量△u’为零，其中U_th为死区范围阈值；当并网点电压偏差量△u大于死区范围阈值U_th时，得到的新并网点电压偏差量△u’为并网点电压偏差量△u和死区范围阈值U_th之差；当并网点电压偏差量△u小于死区范围阈值U_th时，得到的新并网点电压偏差量△u’为并网点电压偏差量△u和死区范围阈值U_th之和。经过电压环PI调节器，得到无功给定值△Q。

为了提高并网点电压环的响应速度，本发明以水光互补电站的无功损耗作为补偿，即所述电压环PI调节器输出得到无功给定值△Q，无功损耗Q_loss和无功给定值△Q叠加得到最终的总无功功率整定值Q_ref。所述的无功损耗Q_loss主要包括送出线路损耗Q₁、内部集成电路损耗Q₂、以及变压器损耗Q₃等。

所述的总无功功率整定值Q_ref为光伏电站光伏逆变器总无功值Q_光和水电站励磁系统无功值Q_水之和，即：

Q_ref＝Q_水+Q_光

为了保证每台光伏逆变器的功率因数相等，避免出现某些光伏逆变器有功、无功输出不协调甚至无功越限的情况，在对光伏电站的光伏逆变器进行无功分配时，优先采用等功率因数法进行无功分配。具体是：

将光伏电站光伏逆变器总无功值Q_光分配到每台光伏逆变器。该光伏电站的光伏逆变器总有功输出值为P_sumn，考虑线路无功损耗Q_lossn后，光伏电站的光伏逆变器总无功需求Q'_光为：

其中，M为光伏电站中光伏逆变器的总台数，P_i为光伏电站中每一台逆变器的有功功率。

线路无功损耗为：

其中，X_n为线路阻抗，n为电站中线路的数量，I_n为该线路上的电流值。

假设光伏电站一共有M台光伏逆变器，第m台光伏逆变器的无功值Q_m为：

其中P_m为第m台光伏逆变器功率值，P_i为光伏电站中每一台逆变器的有功功率。

附图说明

图1本发明无功控制方案示意图；

图2并网点电压闭环控制框图；

图3无功分配控制策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明的无功控制方案示意图如图1所示。

所述的用于水光互补电站无功控制方法，主要通过水电机组和光伏逆变器共同实现对水光互补电站的并网点电压控制。

101是水光互补电站的无功功率总需求，即总无功功率整定值Q_ref。控制时，通过水电机组励磁系统控制输出无功功率102，即水电站励磁系统无功值Q_水，总无功功率整定值Q_ref与水电站励磁系统无功值Q_水作差即可得到差值103，差值103即光伏电站的光伏逆变器总无功值Q_光。当水光互补电站中增加感性负载时，并网点电压降低，光伏逆变器惯性小，响应速度快，可以快速发出无功提高并网点电压；待水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器总无功值Q_光逐渐减小，并网点电压主要依靠水电机组励磁系统发出无功支撑。当水光互补电站中增加容性负载时，并网点电压升高，光伏逆变器惯性小，响应速度快，快速吸收无功降低并网点电压，待水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器总无功输出值Q_光逐渐减小，并网点电压主要依靠水电机组励磁系统吸收无功降低。

并网点电压闭环控制框图如图2所示。

本发明对水光互补电站并网点电压采用闭环调节方式，其中水光互补电站调度中心电压指令U_ref作为电压环的给定值，并网点实际电压值U_g作为电压环的反馈值，电压偏差量为△u。为防止水电机组和光伏逆变器频繁动作，本发明对并网点电压偏差量进行死区范围设定。当并网点电压偏差量△u在死区范围内时，即△u在[-U_th，U_th]，得到的新并网点电压偏差量△u’为零，其中U_th为死区范围阈值；当并网点电压偏差量△u大于死区范围阈值U_th时，得到的新并网点电压偏差量△u’为并网点电压偏差量△u和死区范围阈值U_th之差；当并网点电压偏差量△u小于死区范围阈值U_th时，得到的新并网点电压偏差量△u’为并网点电压偏差量△u和死区范围阈值U_th之和。经过电压环PI调节器，得到无功给定值△Q。

为了提高并网点电压环的响应速度，本发明以水光互补电站的无功损耗作为补偿，即所述电压环PI调节器输出得到无功给定值△Q，无功损耗Q_loss和无功给定值△Q叠加得到最终的总无功功率整定值Q_ref。所述的无功损耗Q_loss主要包括送出线路损耗Q₁、内部集成电路损耗Q₂、变压器损耗Q₃等。

无功分配控制策略流程图如图3所示。

如图3所示，首先根据并网点电压给定U_ref和反馈值U_g，计算电压偏差值△u，判定电压是否满足死区阈值范围[-U_th，U_th]，如果不满足，则计算电压整定值。判定无功整定值是否超过光伏逆变器总无功极限值，如果无功整定值超出光伏逆变器总无功极限值，则超出部分的无功由水电机组承担；如果无功整定值未超出光伏逆变器总无功极限值，为了保证每台光伏逆变器的功率因数相等，避免出现某些光伏逆变器有功、无功输出不协调甚至无功越限的情况，在对光伏电站的光伏逆变器无功分配时，优先采用等功率因数法进行无功分配。判定光伏逆变器单台分配值是否超过其无功极限值；如果未超过，将无功分配值分配到单台逆变器，如果超过，则超出部分无功由水电机组承担。

所述的等功率因数分配具体实现如下：

将光伏电站的光伏逆变器总无功值Q_光分配到每台光伏逆变器。该光伏电站的逆变器总有功输出值为P_sumn，考虑线路无功损耗Q_lossn后，光伏电站的光伏逆变器总无功需求Q'_光为：

其中，M为光伏电站中光伏逆变器的总台数，P_i为光伏电站中每一台逆变器的有功功率。

线路无功损耗为：

其中，X_n为线路阻抗，n为电站中线路的数量，I_n为该线路上的电流值。

假设光伏电站一共有M台光伏逆变器，第m台光伏逆变器的无功值为：

其中P_m为第m台光伏逆变器功率值，P_i为光伏电站中每一台逆变器的有功功率。

Claims (6)

1.一种用于水光互补电站的无功控制方法，用于水光互补电站的并网点电压控制，其特征是：所述控制方法通过水电机组和光伏逆变器共同实现无功支撑；当并网点电压波动时，水电机组励磁系统和光伏逆变器同时启动，水电机组励磁系统励磁有滞后，存在无功响应偏差，将该无功响应偏差作为光伏逆变器的无功给定，以补偿水电机组励磁系统的短暂滞后；待水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器无功输出逐渐减小，并网点电压主要依靠水电机组励磁系统控制；水光互补电站并网点电压采用闭环调节方式；为防止水电机组和光伏逆变器频繁动作，根据水光互补电站要求的并网点电压控制偏差指标，对并网点电压偏差量进行死区范围设定，若并网点电压偏差量超出设定的死区范围，则电压闭环控制有效；同时，为了提高并网点电压环的响应速度，以水光互补电站的无功损耗作为补偿，得到最终无功功率整定值。

2.根据权利要求1所述的用于水光互补电站的无功控制方法，其特征是：当水光互补电站中增加感性负载时，并网点电压降低，光伏逆变器发出无功功率提高并网点电压；水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器无功输出减小，主要依靠水电机组励磁系统发出无功功率提高并网点电压；当水光互补电站中增加容性负载时，并网点电压升高，光伏逆变器吸收无功功率降低并网点电压，待水电机组励磁系统调节完成，光伏逆变器无功输出减小，主要依靠水电机组励磁系统吸收无功功率降低并网点电压。

3.根据权利要求1所述的用于水光互补电站的无功控制方法，其特征是：对所述的水光互补电站的并网点电压采用闭环调节方式，根据水光互补电站要求的并网点电压控制偏差指标，对并网点电压偏差量进行死区范围设定，若并网点电压偏差量超出设定的死区范围，则电压闭环控制有效，否则电压偏差输出为零。

4.根据权利要求1所述的用于水光互补电站的无功控制方法，其特征是：为了提高并网点电压环的响应速度，以水光互补电站的无功损耗作为补偿，得到最终无功功率整定值；所述的无功损耗包括送出线路损耗、内部集成电路损耗和变压器损耗。

5.根据权利要求1所述的用于水光互补电站的无功控制方法，其特征是：优先采用等功率因数法对对光伏电站各台光伏逆变器进行无功分配。

6.根据权利要求5所述的用于水光互补电站的无功控制方法，其特征是：对各台光伏逆变器进行无功分配的方法是：将光伏电站的光伏逆变器总无功值Q_光分配到每台光伏逆变器；该光伏电站的光伏逆变器总有功输出值为P_sumn，考虑线路无功损耗Q_lossn后，光伏电站的光伏逆变器总无功需求Q'_光为：

其中光伏电站中光伏逆变器的总台数为M，P_i为光伏电站中每一台逆变器的有功功率；

线路无功损耗为：

其中X_n为线路阻抗，n为电站中线路的数量，I_n为该线路上的电流值；

假设光伏电站一共有M台光伏逆变器，第m台光伏逆变器的无功值为：

其中P_m为第m台光伏逆变器功率值，P_i为光伏电站中每一台逆变器的有功功率。