并网型光伏电站无功电压控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种并网型光伏电站无功电压控制方法及系统，采用一种光伏电站三层无功功率控制策略，该策略协调无功补偿装置与光伏发电单元之间及单个光伏发电单元逆变器之间的无功输出。在该控制策略下，对电网提供无功电压支撑，光伏电站能够更有效的调节电网电压，在维持电网电压在要求范围的前提下，电网有功、无功损耗最小。并结合光伏阵列降功率运行策略，在光伏电站无功输出能力一定的前提下，确保电网的稳定运行。解决了大规模光伏电站接入电网引起的并网点电压越限问题，增大光伏在电网中的渗透率，提高电网电压的稳定运行。
【专利说明】并网型光伏电站无功电压控制方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光伏电站控制领域，特别涉及一种并网型光伏电站无功电压控制方法及系统。
【背景技术】
[0002]近年来，随着光伏系统成本的不断降低及光伏并网技术的成熟，大规模光伏发电越来越受到国际社会的青睐。大规模光伏电站一般建立于太阳能资源充沛的边远地区，相对于中小型光伏系统，可以更加集中利用太阳能，控制、管理并联逆变器。但是，随着光伏发电在电网电源中比例不断增大，光伏电能需要远距离输送到负荷中心，光伏系统对电网电压稳定性产生不利影响。有些光伏系统仅采用定功率控制，解决光伏接入引起的电网电压越限问题，但只能实现单向降出力运行。有些通过储能装置，抑制光伏系统有功出力的波动对电网电压稳定性的影响，但需要额外的储能装置及复杂的控制技术。有些采用静止无功补偿器(SVC)动态供给无功功率，提高光伏电站电压稳定性，但大容量的无功补偿装置会增大系统成本。
[0003]连接光伏系统和电网的逆变器通过控制可实现有功、无功的解耦，光伏电站宜充分利用逆变器的无功调节能力为电网提供电压支撑。随着光伏并网技术的成熟，光伏电站中标准逆变器将逐渐被智能逆变器取代，在智能逆变器控制下，即使光伏有功出力为额定容量，逆变器仍可以0.9功率因素并网，极大的提高了光伏电站无功控制能力。光伏发电在电网中的渗透率大于30%时，其调压能力可以完全取代光伏电站中调压电容器。
[0004]但国内对光伏并网的研究主要集中在单位功率因数并网，对光伏逆变器的无功控制主要针对电网末梢负载的无功补偿，并不适合光伏电站的无功独立控制。德国电气工程师协会在分布式光伏发电背景下提出四种逆变器无功控制策略:恒无功功率Q控制、恒功率因数COSCj5控制、基于光伏有功出力的COSCj5 (P)控制及基于并网点电压幅值的Q(U)控制策略。其中，恒功率因数COS Cj5控制，当光伏有功出力很小时，为维持功率因数不变，光伏系统仍需发出一定无功功率，增大电网损失；基于光伏有功出力的COS(J) (P)控制,根据光伏系统有功出力的大小设定功率因数值由Cl变为C2，克服COSCj5控制的缺点，但该控制策略成立的前提是假设并网点电压随光伏有功出力增大而升高，当光伏有功出力很大时恰好是用户用电高峰时，此时并网点电压未越限，大量的无功输出会给电网带来很大的损耗；基于并网点电压幅值的Q(U)控制策略,吸收或发出无功功率与光伏有功出力大小及负荷大小没有直接的关系，相对于cos Cj5与COS Cj5 (P)控制，其控制策略吸收的无功总量最低，减小电网损失，但其调压能力较弱。
[0005]分布式光伏发电系统与光伏电站无功电压控制的区别在于:前者仅针对单个逆变器无功控制，而后者不仅需要协调多个逆变器之间的无功控制，且需要考虑无功补偿装置与逆变器之间协调控制。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种并网型光伏电站无功电压控制方法及系统。
[0007]本发明的目的之一是提出一种并网型光伏电站无功电压控制方法；本发明的目的之二是提出一种并网型光伏电站无功电压控制系统。
[0008]本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的:
[0009]本发明提供的并网型光伏电站无功电压控制方法，包括以下步骤:
[0010]S1:获取并网点电压U并通过Q(U)策略算法输出光伏电站无功给定值Q* ；
[0011]S2:将光伏电站无功给定值Q*和无功补偿装置SVG的最大无功输出Qanax通过减法
器处理并输出光伏系统无功给定值1...?
[0012]S3:计算光伏系统内部各光伏发电单元并网点处的无功灵敏度及灵敏度总和；
[0013]S4:通过无功灵敏度及灵敏度总和计算各光伏发电单元的无功给定值加权系数；
[0014]S5:通过无功给定值加权系数和光伏系统无功给定值Q汁算出各光伏发电单元的无功给定值Qp'.1.?
[0015]S6:计算单个光伏发电单元的各逆变器无功极限值及其总和；
[0016]S7:通过各逆变器无功极限值及总和计算出各逆变器无功给定值加权系数；
[0017]S8:通过各逆变器无功给定值加权系数和光伏发电单元无功给定值(?；:,，if算各逆变器无功给定值Qp'.u
[0018]进一步，所述Q(U)策略算法采用以下公式进行:
【权利要求】
1.并网型光伏电站无功电压控制方法，其特征在于:包括以下步骤: 51:获取并网点电压U并通过Q(U)策略算法输出光伏电站无功给定值Q*; 52:将光伏电站无功给定值Q*和无功补偿装置SVG的最大无功输出Qanax通过减法器处理并输出光伏系统无功给定值; 53:计算光伏系统内部各光伏发电单元并网点处的无功灵敏度及灵敏度总和； 54:通过无功灵敏度及灵敏度总和计算各光伏发电单元的无功给定值加权系数； 55:通过无功给定值加权系数和光伏系统无功给定值(J1计算出各光伏发电单元的无功给定值0>?-.56:计算单个光伏发电单元的各逆变器无功极限值及其总和； 57:通过各逆变器无功极限值及总和计算出各逆变器无功给定值加权系数； 58:通过各逆变器无功给定值加权系数和光伏发电单元无功给定值计算各逆变器无功给定值。
2.根据权利要求1所述的并网型光伏电站无功电压控制方法，其特征在于:所述Q(U)策略算法采用以下公式进行:
其中，Qmax为光伏电站逆变器与无功补偿装置无功之和最大值；U1、U2、U3、U4表示的预设分段电压阈值。
3.根据权利要求1所述的并网型光伏电站无功电压控制方法，其特征在于:所述光伏电站无功给定值Q*满足以下条件时，光伏电站无功给定值Q*完全由无功补偿装置SVG进行集中补偿: 其中，Qamin表示无功补偿装置SVG最小无功输出能力，Qamax表示无功补偿装置SVG最大无功输出能力， Q*表示光伏电站无功给定值； 在各光伏单元有功输出为额定状态下，按以下方式确定无功补偿装置SVG的容量这: Qi =Qt+Qx+ Qr 其中，Qt为光伏各单元有功输出最大值时，主升压变压器的Qx为光伏各单元有功输出最大值时，光伏电站内部集电线路及变压器的Qg为光伏各单元有功输出最大值时，输电线路的无功损耗。
4.根据权利要求1所述的并网型光伏电站无功电压控制方法，其特征在于:所述无功补偿装置处于满发时，将剩余无功功率按以下原则分配给各光伏发电单元: 在光伏各单元发出无功功率总和一定的前提下，最大效率的调节并网点电压，其无功分配采用基于加权系数的灵敏度方法为各光伏发电分配无功功率。
5.根据权利要求1所述的并网型光伏电站无功电压控制方法，其特征在于:所述无功灵敏度按以下灵敏度方程计算:
6.根据权利要求1所述的并网型光伏电站无功电压控制方法，其特征在于:所述各逆变器无功给定值满足以下公式:
7.根据权利要求1所述的并网型光伏电站无功电压控制方法来实现的控制系统，其特征在于:包括Q(U)策略运算模块、第一层无功电压控制模块、第二层无功电压控制模块和第三层无功电压控制模块； 所述Q(U)策略运算模块，用于检测并网点电压幅值，得到光伏电站无功给定值； 所述第一层无功电压控制模块，用于计算输出光伏系统无功给定值P 所述第二层无功电压控制模块，用于各光伏发电单元的光伏发电单元无功给定值0^.所述第三层无功电压控制模块，用于各逆变器无功给定值2
O
8.根据权利要求7所述的并网型光伏电站无功电压控制系统，其特征在于:所述第一层无功电压控制模块包括无功补偿装置SVG、减法器和限功率器； 所述无功补偿装置SVG，用于根据并网点电压幅值并向电网提供无功电压；所述减法器，用于根据光伏电站无功给定值Q*和无功补偿装置SVG的最大无功输出Qcmax获得光伏系统无功给定值.所述限功率器，用于限制补偿器的无功给定值小于或等于补偿器无功给定值的最大值。
9.根据权利要求7所述的并网型光伏电站无功电压控制系统，其特征在于:所述第二层无功电压控制模块包括无功灵敏度计算模块、灵敏度总和计算模块、无功给定值加权系数计算模块和无功给定值计算模块； 所述无功灵敏度计算模块，用于计算各节点无功输出对并网点电压灵敏度； 所述灵敏度总和计算模块，用于根据并网点电压灵敏度计算灵敏度总和作为无功给定值加权系数的分母； 所述无功给定值加权系数计算模块，用于通过无功灵敏度及灵敏度总和计算各光伏发电单元的无功给定值加权系数； 所述无功给定值计算模块，用于通过无功给定值加权系数和光伏系统无功给定值0.计算出各光伏发电单元的光伏发电单元无功给定值^?-
10.根据权利要求7所述的并网型光伏电站无功电压控制系统，其特征在于:所述第三层无功电压控制模块包括单台逆变器无功极限值计算模块、逆变器无功极限值总和计算模块、各逆变器无功给定值加权系数计算模块、逆变器无功给定值计算模块； 所述单台逆变器无功极限值计算模块，用于计算单个光伏发电单元的各逆变器无功极限值； 所述逆变器无功极限值总和计算模块，用于计算单个光伏发电单元各逆变器无功输出的能力总和； 所述各逆变器无功给定值加权系数计算模块，用于通过各逆变器无功极限值及总和计算出各逆变器无功给定值加权芊数； 所述逆变器无功给定值计算模块，用于通过各逆变器无功给定值加权系数和光伏发电单元无功给定值Q;',计算各逆变器无功给定值Q:t。
【文档编号】H02J3/16GK103580030SQ201310611959
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】周林, 晁阳, 廖波, 郭珂, 刘强, 杨明, 张密, 郑光辉 申请人:重庆大学