本發(fā)明涉及一種基于輻照度變化的光伏電站無(wú)功電壓控制方法。
背景技術(shù)：
：光伏發(fā)電出力受輻照度影響，具有周期性、波動(dòng)性和不確定性等特點(diǎn)。隨著光伏并網(wǎng)容量的增加，其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的影響已不容忽視。其中，無(wú)功電壓?jiǎn)栴}是最受關(guān)注的問(wèn)題之一。光伏電站并網(wǎng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)功不平衡使得電壓下降，為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，光伏電站基本均加裝動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，以提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定性，但也導(dǎo)致光伏發(fā)電成本的增加。隨著光伏逆變器技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有光伏逆變器已具備靈活的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，可以作為無(wú)功電源參與系統(tǒng)無(wú)功調(diào)節(jié)，而在實(shí)際運(yùn)行中基本忽略了其無(wú)功調(diào)節(jié)能力，造成了一定資源的浪費(fèi)。隨著人們逐漸認(rèn)識(shí)到這一問(wèn)題，開(kāi)始利用光伏逆變器的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，但現(xiàn)有的控制方法大多采用簡(jiǎn)單的按比例分配模式，提前制定無(wú)功計(jì)劃，根據(jù)光伏電站容量或者采用等分的方式，將計(jì)劃下達(dá)到各個(gè)光伏電站，沒(méi)有考慮光伏電站實(shí)際有功/無(wú)功出力能力，嚴(yán)重影響了光伏電站的發(fā)電效率。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于輻照度變化的光伏電站無(wú)功電壓控制方法，該方法從光伏電站層出發(fā)，充分考慮輻照度變化情況及光伏逆變器實(shí)際的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，從而實(shí)現(xiàn)了光伏電站無(wú)功電壓的精細(xì)化控制。本發(fā)明的目的是采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于輻照度變化的光伏電站無(wú)功電壓控制方法，包括如下步驟：步驟一、選取光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)作為電壓控制點(diǎn)，測(cè)量電壓控制點(diǎn)的電壓Vmea。根據(jù)電壓控制點(diǎn)電壓Vmea，判斷電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)：當(dāng)0.97p.u.≤Vmea≤1.07p.u.時(shí)，則判斷為電網(wǎng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)Vmea＜0.97p.u.或Vmea＞1.07p.u.時(shí)，則判斷為電網(wǎng)系統(tǒng)處于異常運(yùn)行狀態(tài)。步驟二、光伏電站根據(jù)電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，選擇無(wú)功控制模式。若電網(wǎng)系統(tǒng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，則光伏電站根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求選擇相應(yīng)的控制模式：功率因數(shù)控制模式或定無(wú)功控制模式。當(dāng)光伏電站容量在電網(wǎng)中的比例低于5％時(shí)，選擇功率因數(shù)控制模式，否則選擇定無(wú)功控制模式。若電網(wǎng)系統(tǒng)處于異常運(yùn)行狀態(tài)，則光伏電站選擇電壓控制模式。a、若光伏電站運(yùn)行于功率因數(shù)控制模式，此時(shí)控制目標(biāo)為：實(shí)現(xiàn)光伏電站經(jīng)濟(jì)效益的最大化。當(dāng)光伏陣列輸出功率達(dá)到光伏逆變器額定的輸出容量時(shí)，光伏電站輸出功率為額定輸出功率；否則光伏電站輸出功率為實(shí)際最大輸出功率。b、若光伏電站運(yùn)行于定無(wú)功控制模式，光伏電站輸出恒定的無(wú)功功率，為電網(wǎng)提供電壓支撐。c、若光伏電站運(yùn)行于電壓控制模式：首先，計(jì)算光伏電站無(wú)功需求值Qref：電壓控制點(diǎn)的無(wú)功/電壓靈敏度信息根據(jù)靈敏度方程計(jì)算：ΔPΔQ=JPθJPVJQθJQV·ΔθΔV]]>式中：ΔP為系統(tǒng)有功功率注入變化量；ΔQ為系統(tǒng)無(wú)功功率注入變化量；Δθ為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓相角變化量；ΔV為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)電壓幅值變化量；J是極坐標(biāo)下的系統(tǒng)潮流方程雅可比矩陣，其中:根據(jù)光伏電站電壓控制點(diǎn)的無(wú)功/電壓靈敏度信息，由PI控制器整定出輸出無(wú)功功率參考值Qref。然后，根據(jù)輻照度條件，判斷光伏逆變器是否有無(wú)功調(diào)節(jié)裕度，步驟如下：(1)確定光伏電站的實(shí)際有功出力PPV。忽略光伏電池的溫度，在不同太陽(yáng)輻照度下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率可近似為PPV：Ppv=ηcKc·A·Gt2,0≤Gt≤Kcηc·A·Gt,Gt>Kc]]>式中：A太陽(yáng)能電池板的面積；ηc為電池板的光電轉(zhuǎn)換效率；Kc為閾值常數(shù)，Gt為光照強(qiáng)度；當(dāng)光照強(qiáng)度Gt小于Kc時(shí)，輸出功率與Gt呈二次關(guān)系，當(dāng)光照強(qiáng)度大于Kc時(shí)，輸出功率與Gt呈線性關(guān)系。(2)受光伏逆變器是視在功率限制，光伏電站實(shí)際可調(diào)無(wú)功容量Qreal：Qreal=S2-PPV2]]>其中：S為逆變器的視在功率，PPV為光伏電站輸出的有功功率。(3)當(dāng)輻照度充足時(shí)，即光伏逆變器達(dá)到額定輸出容量，降低光伏電站有功出力PPV，使得光伏電站有充分的無(wú)功調(diào)節(jié)容量，即Qreal＞Qref。(4)當(dāng)輻照度不充足時(shí)，即光伏逆變器未達(dá)到額定輸出容量，比較光伏電站實(shí)際可調(diào)無(wú)功容量Qreal和光伏電站無(wú)功需求值Qref，若則光伏電站有充分的無(wú)功調(diào)節(jié)容量；若Qreal＜Qref，則光伏電站參與系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的無(wú)功量不足，需要降低光伏電站有功出力PPV，直到Qreal＞Qref為止。步驟三、光伏電站無(wú)功輸出功率Qout的整定，步驟如下：(1)若光伏電站運(yùn)行于功率因數(shù)控制模式下，為了追求經(jīng)濟(jì)效益最大化，通常使功率因數(shù)光伏電站無(wú)功輸出功率Qout＝0；(2)若光伏電站運(yùn)行于定無(wú)功控制模式下，光伏電站無(wú)功輸出功率Qout＝調(diào)度計(jì)劃；(3)若光伏電站運(yùn)行于電壓控制模式下，根據(jù)輻照度條件判斷是否需要降低實(shí)際有功出力PPV，使得光伏電站無(wú)功輸出功率Qout達(dá)到輸出無(wú)功功率參考值Qref的要求，即Qout＝Qref。步驟四、將光伏電站無(wú)功輸出功率Qout，分配到各臺(tái)光伏逆變器。本發(fā)明方法從光伏電站層出發(fā)，充分考慮輻照度變化情況及光伏逆變器實(shí)際的無(wú)功調(diào)節(jié)能力，從而實(shí)現(xiàn)了光伏電站無(wú)功電壓的精細(xì)化控制。附圖說(shuō)明圖1是包含光伏電站的某區(qū)域電網(wǎng)示意圖。圖2是光伏電池板接收輻照度變化曲線圖。圖3是光伏電站輸出有功功率變化曲線圖。圖4是光伏逆變器實(shí)際可調(diào)無(wú)功容量變化曲線圖。圖5是采用本發(fā)明方法進(jìn)行無(wú)功電壓控制前/后光伏電站逆變器出口電壓變化圖。圖6是采用本發(fā)明方法進(jìn)行無(wú)功電壓控制前/后光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)35kV母線電壓變化圖。圖7是采用本發(fā)明方法進(jìn)行無(wú)功電壓控制前/后光伏電站無(wú)功出力對(duì)比圖。圖8是本發(fā)明方法的光伏電站無(wú)功電壓控制過(guò)程框圖。圖9是本發(fā)明方法流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例為實(shí)際包含光伏電站的某區(qū)域電網(wǎng)，如圖1所示。光伏電站容量為100MWp，光伏電站逆變器出口電壓為400V，經(jīng)升壓箱式變就地升至35kV，采用35kV電纜匯流至35kV開(kāi)關(guān)柜母線后，經(jīng)35/110kV主變壓器升壓至110kV后接入電網(wǎng)。對(duì)大電網(wǎng)做等值處理后，光伏電站接入系統(tǒng)接線圖如圖1所示。對(duì)光伏電站廠址所在某月一天(0:00-24:00)的太陽(yáng)輻照度變化進(jìn)行記錄，每五分鐘記錄一次數(shù)據(jù)，得到如圖2所示的一天中光伏電池板接收輻照度變化曲線圖。選用型號(hào)為TP672-300Wp的光伏電池組件，組件額定電流為8.33A，額定電壓36.01V。光伏組件尺寸為1.65m*0.99m。光伏組件的光電轉(zhuǎn)換效率ηc為20％，閾值常數(shù)Kc為200W/m2。光伏逆變器額定容量為500kWp，根據(jù)廠家資料，其工作效率為98％，所以其實(shí)際容量為490kWp。算例中，光伏電站的容量為100MWp，需要光伏逆變器200臺(tái)，光伏組件數(shù)33340個(gè)。根據(jù)光伏電池板接收的輻照度數(shù)據(jù)，光伏電站輸出有功功率如圖3所示。根據(jù)圖3可以看出，此時(shí)太陽(yáng)輻照度不足，光伏逆變器不能達(dá)到其額定的輸出容量，光伏電站有功出力不足額定容量的60％。但是此時(shí)，有充足的剩余容量可用于系統(tǒng)無(wú)功電壓調(diào)節(jié)，光伏逆變器實(shí)際可調(diào)無(wú)功容量Qreal變化情況如圖4所示。電壓控制點(diǎn)即并網(wǎng)點(diǎn)為光伏電站的35kV母線，光伏電站未采用無(wú)功控制策略前運(yùn)行于恒功率因數(shù)(功率因數(shù))狀態(tài)。有/無(wú)采用無(wú)功控制策略時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓對(duì)比情況如下圖所示。圖5采用本發(fā)明方法進(jìn)行無(wú)功電壓控制前/后光伏電站逆變器出口電壓變化圖。圖6為采用本發(fā)明方法進(jìn)行無(wú)功電壓控制前/后光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)35kV母線電壓變化圖。當(dāng)輻照度變化時(shí)，光伏電站的有功輸出功率隨之變化，導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓發(fā)生改變。從圖4中可以看出：夜間，光伏電站輻照度為0時(shí)，光伏電站有功出力為0kW，35kV母線電壓低于系統(tǒng)電壓偏差允許最小值(0.97pu)，最多低至0.962pu。當(dāng)光伏電站輻照度上升時(shí)，光伏電站有功出力增加，35kV母線電壓上升。但隨著光伏電站輻照度持續(xù)上升后，35kV母線電壓發(fā)生越限，高于系統(tǒng)電壓允許偏差最大值(1.07pu)。當(dāng)光伏電站采用無(wú)功控制策略后，受輻照度影響，光伏電站有功出力未達(dá)到逆變器額定輸出功率，有充分的剩余容量用于系統(tǒng)無(wú)功電壓調(diào)節(jié)，使得35kV母線電壓基本維持在1.0pu附近，有效的調(diào)節(jié)了系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)電壓，較未采用控制策略前電壓水平有明顯的提高。系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的無(wú)功/電壓靈敏度指標(biāo)為0.0043。根據(jù)無(wú)功/電壓靈敏度指標(biāo)，光伏電站無(wú)功出力的變化如圖7所示。未采用控制策略之前，逆變器無(wú)功出力為0。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3