CN103401272A

CN103401272A - 基于区域协调的光伏电站并网电压控制方法

Info

Publication number: CN103401272A
Application number: CN2013102733248A
Authority: CN
Inventors: 黄华; 高宗和; 丁茂生; 戴则梅; 项丽; 陈颜; 陈建华; 马军; 施佳峰
Original assignee: NINGXIA ELECTRIC POWER Co; State Grid Corp of China SGCC; Nari Technology Co Ltd
Current assignee: NINGXIA ELECTRIC POWER Co; State Grid Corp of China SGCC; Nari Technology Co Ltd
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: CN103401272B

Abstract

本发明公开了一种基于区域协调的光伏电站并网电压控制方法，包括下列步骤：1）进行区域电压控制建模，其中光伏电站建模为类似常规电厂机组的控制机组；2）光伏电站实时上传无功调节能力和运行状态并接收调度主站控制命令跟踪执行；3）主站AVC实时扫描SCADA采集的电网运行数据；4）主站AVC进行运行工况决策，自动选择参与计算和控制的电厂及母线；5）根据光伏电站并网点电压状态对中枢母线进行决策；6）刷新区域电压控制模型，根据控制灵敏度协调无功调整量；7）通过二次规划算法求解控制策略，主站AVC通过SCADA远动通道对电厂下发高压侧母线电压目标值、对光伏电站下发无功目标值。本发明可对光伏并网造成的电压波动进行补偿和平抑。

Description

基于区域协调的光伏电站并网电压控制方法

技术领域

本发明属电力***控制领域，更准确地说本发明涉及一种基于区域协调的光伏电站并网调控的电压控制方法。

背景技术

太阳能光伏发电是利用太阳能电池的光伏效应原理将太阳辐射能直接转换为电能的一种发电形式。在全球能源紧张和环境恶化的压力下，光伏发电受到世界各国的重视，光伏发电产业得到快速发展。大规模的光伏发电接入对电网的安全稳定带来较大影响，其中无功电压问题是目前倍受关注的问题之一。

在光伏电站内部，通过调节光伏逆变器及升压站无功补偿装置，可对并网点无功进行控制，具备一定的无功调节能力，同时已有许多文献就大规模光伏电站并网对无功电压的影响进行了仿真研究和评估。研究结果和运行经验表明，光伏电站所接入局部电网的无功支撑能力的强弱对光伏电站及其所并入电网的正常运行都有着非常重要的影响。由于光伏发电出力具有随机性和波动性特点以及光伏电站无功调节能力不足，容易造成大型光伏电站并网点电压频繁波动，在薄弱的***接入点，甚至可能引发电压稳定性问题。

目前，基于调度主站AVC（自动电压控制）实现的区域电压控制技术已逐步得到实际应用。其基本原理是基于无功平衡的局域性特点，对区域内发电机组等多种无功源进行协调控制，在满足母线电压约束前提下实现中枢点电压或关口无功控制目标。区域电压控制可通过协调二级电压控制（CSVC）方法求解，CSVC方法是一个二次规划模型，以数学模型表达如下：

1）目标函数：

\min_{{ΔQ}_{g}} r {| | (V_{p} - V_{p}^{ref}) + C_{pg} {ΔQ}_{g} | |}^{2} + h {| | θ | |}^{2},

其中V_p和

分别是中枢母线当前电压和目标电压，C_pg为控制机组对中枢母线的灵敏度系数矩阵，ΔQ_g是控制机组无功调整量；r和h为权重系数，θ为无功协调向量，其意义是利用发电机数目大于中枢母线数目、具有一定自由度的特点，实现对无功潮流均衡分布的调整。令θ_i＝ΔQ_gi（其中θ_i是无功协调向量的第i个分量，ΔQ_gi是第i个控制机组的无功），此时无功协调向量实际上考虑的是从当前运行点出发，无功调整量最小，控制灵敏度较大的机组应承担较大的无功调整量；

2）约束条件：包括无功源出力上下限约束

的定义？）关键母线电压上下限约束

控制母线电压步长约束其中Q_g、

分别是控制机组当前无功、无功下限和无功上限，V_c、

分别是关键母线当前电压、电压下限、电压上限，C_cg是控制机组对关键母线的灵敏度系数矩阵，C_vg是控制机组对控制母线的灵敏度系数矩阵，是每次控制母线电压最大调节量。

因此，如何在充分发挥光伏电站现有无功调节能力的基础上，从区域协调的角度，减少光伏并网造成的电压波动，是光伏电站并网电压控制尚待解决的问题。

经初步检索，暂未发现有与本发明内容相关的专利条目。

发明内容

本发明的发明目的是：

在充分发挥光伏电站无功调节能力的基础上，从区域协调的角度对发电机组及光伏电站等多种无功源进行协调控制，对光伏并网造成的电压波动进行补偿和平抑，为大规模光伏并网提供电压支持。

为了实现上述目的，本发明是采取以下的技术方案来实现的：

一种基于区域协调的光伏电站并网电压控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）进行区域电压控制建模，其中光伏电站建模为控制机组；

2）光伏电站实时上传无功调节能力和运行状态，实时接收调度主站控制命令并跟踪执行；

3）主站AVC实时扫描SCADA采集的电网运行状态数据，包括母线电压、机组无功、机组有功、开关刀闸状态、光伏电站无功调节能力及投运状态等，以及相关闭锁信号；

4）主站AVC根据母线、电厂机组、光伏电站的实时运行状态及闭锁信号，进行运行工况决策，选择参与计算和控制的电厂与母线;工况决策是指对设备参与控制的权限进行决策，决策过程是根据厂站-母线-设备（机组）状态分级进行，例如对于机组，其所属厂站、所关联母线以及机组自身三者任意处于闭锁状态，则机组就不参与控制。

5）根据光伏电站并网点电压状态对中枢母线进行决策，在并网点电压越限时进行校正，如果光伏电站并网点母线电压正常，则该并网点母线选择为关键母线；否则，将该并网点母线选择为中枢母线，并更新中枢母线目标电压；中枢母线是控制目标，对中枢母线的决策是指对控制目标的自动选择。当光伏电站并网母线越限时，将被自动选择为中枢母线进行校正。

6）刷新区域电压控制二次规划模型，控制变量为发电机组及光伏电站无功，目标函数为中枢母线电压偏差最小及关键母线满足电压约束，并按控制灵敏度参与无功分配，即灵敏度较大的机组应承担较大的无功调整量；控制灵敏度指控制策略计算时使用的灵敏度，是无功电压灵敏度概念在控制领域的延伸。

7）通过二次规划算法求解，获得的控制策略包括机组无功、母线电压等变量增量，主站AVC通过SCADA远动通道对电厂下发高压侧母线电压目标值、对光伏电站下发无功目标值。

本发明所达到的有益效果：本发明建立区域电压控制模型，从区域协调角度对发电机组及光伏电站等多种无功源进行协调控制，通过多种无功源的互补和配合，在满足母线电压约束前提下实现中枢点电压或关口无功控制目标，可对光伏并网造成的电压波动进行补偿和平抑，为大规模光伏并网提供电压支持。

附图说明

附图1光伏并网区域电压控制示意图。

具体实施方式

本发明提出的基于区域协调的光伏电站电压控制方法结合附图及实施例详细说明如下：

附图1为光伏并网区域电压控制示意图，具有典型性。图中控制区域包括1个并网的光伏电站和1个常规发电厂。本发明提出的控制方法将建立含光伏并网母线的区域电压控制模型并采用二次规划方法求解。具体包括以下步骤：

1）建立区域电压控制模型，其中BUS3为中枢母线，BUS1为控制母线，光伏电站并网母线BUS2为关键母线，光伏电站等值为控制机组G2；

2）光伏电站实时上传无功调节能力（包括可增无功/可减无功）和运行状态（包括投入/退出及远方/当地状态）；

3）主站AVC实时扫描SCADA采集的电网运行状态数据，包括机组无功、机组有功、开关刀闸状态等，以及相关闭锁信号，其中母线电压向量V＝[V₁,V₂,V₃]^T，机组无功出力向量Q＝[Q₁,Q₂]^T；

4）主站AVC根据母线和电厂机组/光伏电站的实时运行状态及闭锁信号，进行运行工况决策，自动选择参与计算和控制的电厂机组及母线，其中根据开关刀闸状态进行实时拓扑，并结合量测数据综合判断机组、母线是否处于带电运行状态，根据闭锁信号，如机组增磁闭锁/减磁闭锁/调节异常等闭锁信号判断机组、母线运行是否正常，根据机组、母线运行状态选择参与计算和控制的设备；

5）对中枢母线进行决策，在并网点电压越限时进行校正。考虑如下两种情况：

51）光伏并网点母线电压正常，此时并网点母线保持为关键母线，中枢母线也相应不变；

52）光伏并网点母线电压越限，自动选择并网点母线为中枢母线，并按下式自动确定并网点电压校正目标值V₂ ^ref：

{V_{2}}^{ref} = \{\begin{matrix} {V_{2}}^{\max} - Δ V_{tol}, & if & V_{2} > {V_{2}}^{\max} \\ {V_{2}}^{\min} + Δ V_{tol}, & if & V_{2} < {V_{2}}^{\min} \end{matrix}

其中，V₂ ^max、V₂ ^min分别为并网点母线电压的下限和上限，ΔV_tol为设定的电压校正带宽。

6）刷新区域电压控制二次规划模型，控制变量为发电机组无功和光伏电站无功，目标函数为中枢母线电压偏差最小，并计及无功出力合理分配，基于无功就地或就近调整的原则并结合对光伏电站无功调节能力的充分利用，按控制灵敏度参与无功分配，即灵敏度较大的机组应承担较大的无功调整量，具体数学模型见背景技术中CSVC相关阐述；

7）通过二次规划算法求解，获得控制变量机组无功增量最优解

再转化为对电厂及光伏电站的控制指令。其中各指令计算方法如下：

71）求解下述二次规划模型：

\{\begin{matrix} \min_{Δ Q_{1}, Δ Q_{2}} {| | (V_{p} - V_{p}^{ref}) + C_{p 1} Δ Q_{1} + C_{p 2} Δ Q_{2} | |}^{2} + Δ {Q_{1}}^{T} hΔ Q_{1} + Δ {Q_{2}}^{T} rΔ Q_{2} \\ s . t . {\underline{V}}_{p} \leq V_{p} + C_{p 1} Δ Q_{1} + C_{p 2} Δ Q_{2} \leq {\overset{&OverBar;}{V}}_{p} \\ {\underline{Q}}_{1} \leq Q_{1} + Δ Q_{1} \leq {\overset{&OverBar;}{Q}}_{1} \\ {\underline{Q}}_{2} \leq Q_{2} + Δ Q_{2} \leq {\overset{&OverBar;}{Q}}_{2} \end{matrix}

其中，Q₁、

分别是电厂机组当前无功、无功下限和无功上限，Q₂、

分别是光伏电站当前无功、无功下限和无功上限；V_p、

是中枢母线当前电压、电压下限和电压上限，C_p1是电厂机组无功对中枢母线电压的灵敏度，C_p2是光伏电站无功对中枢母线电压的灵敏度，ΔQ₁是电厂机组无功调整量，ΔQ₂是光伏电站无功调整量；h是电厂机组权重系数，r是光伏电站权重系数，令h＞r，优先调整光伏电站无功；采用起作用集算法求解，给出计算后的电厂机组无功调整量

和光伏机组无功调整量

72）对电厂下发高压侧母线电压设定值：

其中C_vg是控制机组无功对电压的灵敏度系数矩阵；

73）对光伏电站下发并网点无功设定值：

本发明按照优选实施例进行了说明，应当理解，但上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。