大型光伏電站無功電壓控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏電站控制領(lǐng)域，具體涉及一種大型光伏電站無功電壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。由于系統(tǒng)成本不斷降低，光伏并網(wǎng)技術(shù)逐漸成熟，建 設(shè)大型并網(wǎng)光伏電站是大規(guī)模利用太陽能的有效方式。不同于分布式光伏發(fā)電，大型光伏 電站多建立在荒漠地區(qū)，當(dāng)?shù)刎?fù)荷水平較低，所接入地區(qū)電網(wǎng)短路容量較小，大量的光伏電 力需要高壓長距離輸電線路外送。由于光伏發(fā)電受光照影響較大，光照的波動(dòng)會(huì)引起有功 輸出的波動(dòng)，從而導(dǎo)致并網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)甚至越限，因此大型光伏電站必須具備無功電壓控 制能力。
[0003]目前針對(duì)光伏電站電壓控制的研宄多集中在分布式發(fā)電領(lǐng)域。分布式光伏發(fā)電調(diào) 壓的方式主要有利用儲(chǔ)能裝置、利用無功補(bǔ)償裝置、逆變器無功功率控制。儲(chǔ)能裝置可以平 抑有功波動(dòng)但會(huì)增加系統(tǒng)成本；利用無功補(bǔ)償裝置調(diào)壓忽略了逆變器的無功輸出能力；逆 變器無功功率控制需要檢測負(fù)載無功電流，適用于補(bǔ)償負(fù)載側(cè)無功，并不能實(shí)現(xiàn)光伏電站 的無功獨(dú)立控制。此外，德國電氣工程師協(xié)會(huì)提出了適用于分布式光伏發(fā)電的四種無功控 制策略：恒無功功率Q控制、恒功率因數(shù)〇?哪控制、基于光伏有功出力的《:控制及基 于并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值的Q(U)控制策略。但這四種控制策略針對(duì)單臺(tái)逆變器的控制，并不適用 于大型光伏電站。
[0004] 不同于分布式光伏發(fā)電，大型光伏電站通常由多組光伏發(fā)電單元（PV Generation Unit，PVGU)組成，采用每組PV⑶分別通過升壓變壓器匯入送端配電站，然后以相應(yīng)的電壓 等級(jí)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高壓交流輸電。其并網(wǎng)點(diǎn)電壓波動(dòng)情況取決于其裝機(jī)容量及所接入電網(wǎng)結(jié) 構(gòu)的強(qiáng)度。文獻(xiàn)[大型光伏電站無功電壓控制宄]提出了以并網(wǎng)點(diǎn)電壓以及并網(wǎng)點(diǎn)功率因 數(shù)為控制目標(biāo)的控制策略；文獻(xiàn)[并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)無功電壓控制研宄]將大型光伏電站 內(nèi)部的無功源分為三層，提出了三層無功控制策略，但以上文獻(xiàn)都未研宄電站內(nèi)部的電壓 分布情況。
[0005] 雖然目前尚無規(guī)范對(duì)站內(nèi)PVGU并網(wǎng)電壓做出具體規(guī)定，但由于站內(nèi)集電線路的 存在，隨著有功出力的增加，可能會(huì)導(dǎo)致線路末端PVGU電壓過高，導(dǎo)致保護(hù)裝置動(dòng)作，使得 逆變器脫網(wǎng)，不利于光伏電站額穩(wěn)定運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種大型光伏電站無功電壓控制方法，該方法可以 實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，并能充分改善光伏電站內(nèi)部的電壓分布情況，從而保證光伏 電站的穩(wěn)定運(yùn)行。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，
[0008] 大型光伏電站無功電壓控制方法，其特征在于：該控制方法包括由無功整定環(huán)節(jié) 和無功分配環(huán)節(jié)；
[0009] 所述無功整定環(huán)節(jié)通過比較電壓控制點(diǎn)實(shí)際電壓UPra與參考電壓UMf得到電壓偏 差，再通過PI控制器自動(dòng)獲取維持電壓控制點(diǎn)電壓所需的總的無功參考量Q Mf;
[0010] 所述無功分配環(huán)節(jié)根據(jù)優(yōu)化計(jì)算所得的無功參考量分配SVG與PVGU之間、各PVGU 之間的無功。
[0011] 進(jìn)一步，參考電壓U,ef到無供參考Qj的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 大型光伏電站無功電壓控制方法，其特征在于：該控制方法包括由無功整定環(huán)節(jié)和 無功分配環(huán)節(jié)； 所述無功整定環(huán)節(jié)通過比較電壓控制點(diǎn)實(shí)際電壓Upra與參考電壓Uref得到電壓偏差， 再通過PI控制器自動(dòng)獲取維持電壓控制點(diǎn)電壓所需的總的無功參考量Qref; 所述無功分配環(huán)節(jié)根據(jù)優(yōu)化計(jì)算所得的無功參考量分配SVG與PVGU之間、各PVGU之 間的無功參考。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型光伏電站無功電壓控制方法，其特征在于：參考電壓Uref 到無供參考Qm/的閉環(huán)傳遞函數(shù)為：
其中kp，1^為PI控制器參數(shù)，lATs+l)為逆變器和SVG等效，S VQ為各無功源對(duì)并網(wǎng)點(diǎn) 電壓的無功電壓靈敏度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型光伏電站無功電壓控制方法，其特征在于：電壓參考U 到并網(wǎng)點(diǎn)電壓Upra的開環(huán)傳遞函數(shù)為：
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型光伏電站無功電壓控制方法，其特征在于： 當(dāng)UWQsmax時(shí)，此時(shí)SVG的無功參考量Q SMf和各組PV⑶總的無功參考量Q pv為：
其中QSMf、Qpv分別為SVG和各組PV⑶總的無功參考量，Q smin、Qsmax分別為SVG的容性無 功容量和感性無功容量。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的大型光伏電站無功電壓控制方法，其特征在于：第i組PVGU 并網(wǎng)電壓為：
其中Ui為調(diào)節(jié)后第i組PVGU并網(wǎng)電壓，S μ為第j組PV(iU對(duì)于第i組PV(iU的無功電 壓靈敏度，QjMf為第j組PVGU的無功參考量，U Σ為實(shí)際電壓，以各組PVGU電壓的方差最小 為優(yōu)化目標(biāo)，則目標(biāo)函數(shù)為：
其中QiMf為第i組PVGU的無功參考， 不等式約束： Qimin^ Q iref€ Q imax (15) Qimin，分別為第i組PVGU的容性無功容量和感性無功容量， 采用全局序列二次規(guī)劃法對(duì)以上帶約束條件的非線性規(guī)劃問題進(jìn)行求解，便可求得維 持并網(wǎng)點(diǎn)電壓恒定，且站內(nèi)電壓均勻分布時(shí)各PVGU的無供參考值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大型光伏電站無功電壓控制方法，其特征在于：同一光伏發(fā) 電單元中不同逆變器之間按照無功裕量比進(jìn)行分配：
其中分別為第i組PVGU中第1臺(tái)和第2臺(tái)逆變器的無功參考和無功容量， Qilm、Qi2m分別表示第i組PVGU中第1臺(tái)和第2臺(tái)逆變器的無功容量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型光伏電站無功電壓控制方法，該控制方法通過實(shí)時(shí)檢測并網(wǎng)點(diǎn)電壓，與參考值比較通過PI控制器自動(dòng)獲取維持并網(wǎng)點(diǎn)電壓所需的無功需求量，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)點(diǎn)電壓的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)。本發(fā)明應(yīng)用靈敏度的分析方法表示無功與電壓間的關(guān)系，給出了PI控制器參數(shù)的設(shè)計(jì)過程，并將以站內(nèi)電壓均勻分布為目標(biāo)的無功優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為可以快速準(zhǔn)確求解的帶約束條件的非線性規(guī)劃模型；對(duì)該模型進(jìn)行求解計(jì)算出各組光伏發(fā)電單元的無功參考量，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)各光伏發(fā)電單元的無功出力，在保證并網(wǎng)點(diǎn)電壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，改善站內(nèi)電壓分布，保證光伏電站的穩(wěn)定運(yùn)行。
【IPC分類】H02J3-16
【公開號(hào)】CN104659790
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510124880
【發(fā)明人】周林, 邵念彬, 劉強(qiáng), 郭珂, 楊明, 杜瀟
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年3月20日