一种大规模新能源接入电网的电压协调控制系统及方法与流程

本发明属于电力系统领域，涉及电力系统稳定性领域，具体涉及大规模新能源接入电网的电压协调控制。

背景技术：

中国能源和负荷分布不均匀，能源集中在西部地区，而负荷多集中在东部沿海地区。近年来，以风能、太阳能为主的新能源规模不断扩大，原有的西北能源送出基地由于新能源电源的大规模接入呈现出新能运行特性。新能源场站容量小，接入点多，自身无功调节能力有限，需要配备无功补偿设备。各个场站的无功补偿设备的控制目标均是实现站内及其区域内的无功平衡及电压调节，缺乏统一调度和协调控制。2011年我国西北某区域发生大规模风电机组连锁脱网事故。其原因在于该区域电网发生线路短路故障，引起故障点周围电网电压的急剧下降。故障点附近的新能源场站根据低电压穿越调控策略，进入低电压穿越运行状态，同时大量投入svg、svc等无功补偿设备，以支撑局部的系统电压。但由于故障点被有效切除后，由于无功补偿设备缺乏统一调度，未及时有序退出运行，造成局部电网电压迅速跃升。此时，多数新能源场站根据各自控制策略，过量切除无功补偿设备，从而引起局部电网电压的振荡。由于缺乏统一调控的手段，局部电网失稳逐步扩散，造成了全网范围内新能源场站的连锁脱网事故。而大规模新能源场站的脱网，可能会造成电网的一次频率摆动，严重时将引发电网功角稳定问题，造成电网的大规模解列。因此，大规模新能源接入电网的电压协调控制势在必行。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种大规模新能源接入电网的电压协调控制系统及方法，用以根据电网实时运行数据，统一调控无功功率，同时保证无功功率的局部平衡与全网平衡，确保电网电压的稳定，通过静态或者改变新能源厂站无功出力，进行无功优化或动态电压控制，增加系统运行经济性以及安全性。

为了达成上述目的，本发明的技术方案是：一种大规模新能源接入电网的电压协调控制系统，所述电压协调控制系统包含avc调控主站，avc区域调控分站，新能源调控子站，通信系统；其中：

avc调控主站用于对电网的动态无功储备进行评估，根据avc区域调控分站通过实时通信系统上送的电网运行状态，向avc区域调控分站下达无功电压的多目标调控命令；

avc区域调控分站主要用于实时搜集分析辖区内新能源调控子站上报的电网电压及无功功率信息，向新能源调控子站下发无功控制目标；avc区域调控分站采集安装点电压，根据采集到的电压进行本区域内紧急电压控制；

新能源控制子站用于搜集无功功率及电压数据，并发送到avc区域协调分站；根据上级指令控制新能源厂站无功出力；所述新能源厂站包括逆变器、svc、svg。

进一步地，所述avc调控主站，主要指当前电网调度采用的avc主站，主要用于全局无功优化单元，在线动态无功储备评估单元以及实时通信数据接口；作为avc调控主站主要负责avc调控后台的运行，通过全局无功优化模块，对各avc区域调控分站上送的各区域动态无功功率值和各节点电压进行分析；在电网内出现故障时，按照的电压安全域对区域电压进行安全评估。

进一步地，所述avc调控主站，在电网正常运行时，电网各节点母线电压按照预期控制目标进行控制无功管理，根据在线动态无功储备评估单元，按照区域的无功储备对各区域的可用无功储备进行统一调用，向各区域调控分站下达其无功调节指令如果在各区域无功储备全部投入或退出，仍无法使电压在安全域，则由在线动态无功储备评估单元向全局无功优化单元发出报警信号由全局无功优化单元发出无功需求站控层通信数据接口用于实现avc调控主站与avc区域调控分站以数据及控制信息的交互。

进一步地，所述avc调控区域分站，负责对区域内的实时电压进行监控，实现动态无功平衡；在系统电网稳定情况下，根据区域内无功设备投入的容量，实时评估区内的无功消耗计算动态无功储备量根据区域内各节点电压实时电压和预设值对其进行修正，并将上送至avc调控主站；然后根据主站下达的调控指令结合实时电压偏差统一调用无功设备。

跟踪各新能源场站并网点电压根据各新能源场站各发电单元预设电压与实际电压vg的偏差，以及场站并网点预设电压与实际电压偏差之间的关系，按照预设的区域控制模式进行调控；所述区域控制模式包括：正控制模式、追踪模式、增强控制模式；所述正控制模式主要是为了消除机端电压越限，保证机组正常运行；所述追踪模式，追踪主站下发的调控指令；所述增强控制模式，各新能源场站调用各自站内无功储备能力，对电压进行调节。

进一步地，所述新能源调控子站，新能源调控子站主要负责实时采集各站内母线的电压、电流；各新能源发电单元的机端电压及其输出的有功、无功功率；场站内逆变器、svg/svc的投入容量及储备容量；根据avc区域调控分站下达的无功功率调控指令，对逆变器、svg/svc进行投入或退出的调控；新能源调控子站根据各发电单元无功出力，对发电单元、svg/svc进行自控投切，以实现站内无功平衡以及紧急电压支撑。

进一步地，所述通信系统，包括avc主站与区域分站之间的站控层通信系统，以及区域分站与新能源调控子站之间的实时通信系统。

进一步地，通信方式采用iec61850中的一种快速报文传输机制即goose或者2m通信即hdlc通信协议。

进一步地，所述avc区域调控分站安装于区域新能源站汇集点，距离新能源厂站电气距离较近。

本发明相应提出了上述大规模新能源接入电网的电压协调控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤ⅰ：avc主站根据avc区域调控分站通过实时通信系统上送的电网运行信息，动态无功储备进行评估，根据评估结果决定是否发送告警信息和无功需求信息；同时，avc主站采用无功优化模型计算区域无功优化结果，并向avc区域调控分站下达无功电压的多目标调控命令；

步骤ⅱ、avc子站实时搜集分析辖区内新能源调控子站上报的电网电压及无功功率信息，实时评估区内的无功消耗计算动态无功储备量根据区域内各节点电压实时电压和预设值对其进行修正，同时，avc分站接收到avc主站的无功电压控制命令后，在上述修正结果的基础上，叠加avc主站电压控制命令，形成最终的控制目标值uref；

步骤ⅲ、avc分站得到控制目标后，根据该区域内新能源厂站无功备用情况，将uref结果快速通信方式快速分解到各个新能源厂站，分解方式按照该新能源厂站无功备用占该区域内总无功备用的权重分配；

步骤ⅳ、新能源厂站收到avc分站的控制命令后，将命令分解到逆变器、svc/svg。

本发明的有益效果是：本发明根据电网实时运行数据，统一调控无功功率，同时保证无功功率的局部平衡与全网平衡，确保电网电压的稳定，通过静态或者改变新能源厂站无功出力，进行无功优化或动态电压控制，增加系统运行经济性以及安全性。

附图说明

图1为本发明的一种大规模新能源接入电网的电压协调控制系统结构图；

图2为本发明的区域控制模式示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及具体实施例，对本发明的技术方案进行详细说明。

图1所示为本发明的一种大规模新能源接入电网的电压协调控制系统结构图；所述电压协调控制系统包含avc调控主站，avc区域调控分站，新能源调控子站，通信系统；其中：

avc调控主站用于对电网的动态无功储备进行评估，根据avc区域调控分站通过实时通信系统上送的电网运行状态，向avc区域调控分站下达无功电压的多目标调控命令；

avc区域调控分站主要用于实时搜集分析辖区内新能源调控子站上报的电网电压及无功功率信息，向新能源调控子站下发无功控制目标；avc区域调控分站采集安装点电压，根据采集到的电压进行本区域内紧急电压控制；

新能源控制子站用于搜集无功功率及电压数据，并发送到avc区域协调分站；根据上级指令控制新能源厂站无功出力；所述新能源厂站包括逆变器、svc、svg；

其中，所述avc调控主站，主要指当前电网调度采用的avc主站，主要用于全局无功优化单元，在线动态无功储备评估单元以及实时通信数据接口；作为avc调控主站主要负责avc调控后台的运行，通过全局无功优化模块，对各avc区域调控分站上送的各区域动态无功功率值和各节点电压进行分析；在电网内出现故障时，按照的电压安全域对区域电压进行安全评估。

其中，所述avc调控主站，在电网正常运行时，电网各节点母线电压按照预期控制目标进行控制无功管理，根据在线动态无功储备评估单元，按照区域的无功储备对各区域的可用无功储备进行统一调用，向各区域调控分站下达其无功调节指令如果在各区域无功储备全部投入或退出，仍无法使电压在安全域，则由在线动态无功储备评估单元向全局无功优化单元发出报警信号由全局无功优化单元发出无功需求站控层通信数据接口用于实现avc调控主站与avc区域调控分站以数据及控制信息的交互。

其中，所述avc调控区域分站，负责对区域内的实时电压进行监控，实现动态无功平衡；在系统电网稳定情况下，根据区域内无功设备投入的容量，实时评估区内的无功消耗计算动态无功储备量根据区域内各节点电压实时电压和预设值对其进行修正，并将上送至avc调控主站；然后根据主站下达的调控指令结合实时电压偏差统一调用无功设备。

跟踪各新能源场站并网点电压根据各新能源场站各发电单元预设电压与实际电压vg的偏差，以及场站并网点预设电压与实际电压偏差之间的关系，按照预设的区域控制模式进行调控；所述区域控制模式包括：正控制模式、追踪模式、增强控制模式；所述正控制模式主要是为了消除机端电压越限，保证机组正常运行；所述追踪模式，追踪主站下发的调控指令；所述增强控制模式，各新能源场站调用各自站内无功储备能力，对电压进行调节。图2所示为本发明的区域控制模式示意图其中区域1-4为校正控制模式，主要是为了消除机端电压越限，保证机组正常运行。区域6-8为追踪模式，追踪主站下发的调控指令。区域5-7为增强控制模式，各新能源场站调用各自站内无功储备能力，对电压进行调节。

其中，所述新能源调控子站，新能源调控子站主要负责实时采集各站内母线的电压、电流；各新能源发电单元的机端电压及其输出的有功、无功功率；场站内逆变器、svg/svc的投入容量及储备容量；根据avc区域调控分站下达的无功功率调控指令，对逆变器、svg/svc进行投入或退出的调控；新能源调控子站根据各发电单元无功出力，对发电单元、svg/svc进行自控投切，以实现站内无功平衡以及紧急电压支撑。

其中，所述通信系统，包括avc主站与区域分站之间的站控层通信系统，以及区域分站与新能源调控子站之间的实时通信系统。

其中，通信方式采用iec61850中的一种快速报文传输机制即goose或者2m通信即hdlc通信协议。

其中，所述avc区域调控分站安装于区域新能源站汇集点，距离新能源厂站电气距离较近。

本发明相应提出了上述大规模新能源接入电网的电压协调控制系统的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤ⅰ：avc主站根据avc区域调控分站通过实时通信系统上送的电网运行信息，动态无功储备进行评估，根据评估结果决定是否发送告警信息和无功需求信息；同时，avc主站采用无功优化模型计算区域无功优化结果，并向avc区域调控分站下达无功电压的多目标调控命令；

步骤ⅱ、avc子站实时搜集分析辖区内新能源调控子站上报的电网电压及无功功率信息，实时评估区内的无功消耗计算动态无功储备量根据区域内各节点电压实时电压和预设值对其进行修正，同时，avc分站接收到avc主站的无功电压控制命令后，在上述修正结果的基础上，叠加avc主站电压控制命令，形成最终的控制目标值uref；

步骤ⅲ、avc分站得到控制目标后，根据该区域内新能源厂站无功备用情况，将uref结果快速通信方式快速分解到各个新能源厂站，分解方式按照该新能源厂站无功备用占该区域内总无功备用的权重分配；

步骤ⅳ、新能源厂站收到avc分站的控制命令后，将命令分解到逆变器、svc/svg。

本发明提供的技术方案可以取代现有基于调度自动化的avc子站，可以实现就地区域电压控制，在控制速度和性能上均大大提升。

最后应该说明的是：结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到：本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的专利要求保护范围之内。