一种基于数模混合仿真的无功优化器评估方法与流程

本发明涉及光伏检测领域，更具体涉及一种基于数模混合仿真的无功优化器评估方法。

背景技术：

光伏发电受太阳辐照强度影响，具有波动性、随机性等特点，随着光伏发电渗透率不断增大，光伏发电对电网的影响逐渐显现，如改变功率分布、引起线路电压越限、原有电网调压方案失效等问题。为保障电网安全稳定运行，光伏发电站应具备调节电压的能力，参与电力系统调压控制，快速响应调度指令，调节无功功率输出；当电力系统事故或扰动引起电网电压跌落时，光伏电站应能够给电网提供无功支撑。因此，无功支撑能力是光伏电站重要指标之一。

无功优化器作为光伏电站无功控制系统的一个重要组成部分，其性能好坏影响光伏电站无功支撑能力的优劣。其工作原理为：在依据不同的光伏电站无功控制方式，计算出电站实际无功功率参考值，然后再根据电站内各光伏发电单元和无功补偿装置的运行状态合理有效优化无功功率指令值。

但由于目前对无功优化器检测，需要整个光伏电站无功能力进行测试。受光伏电站容量的影响，需要的检测装置成本巨大，且检测人员会收到强电压、大电流的影响，实际执行过程中难以实现，无法衡量光伏电站的无功支撑能力以及无功优化器的优化性能；同时，开展无功能力测试，需要光伏电站按照标准要求运行，影响光伏电站发电量。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于数模混合仿真的无功优化器评估方法，对 无功优化器进行性能评估，为半实物仿真检测与评估提供有力的技术支撑，解决了由于受光伏电站容量限制，现有测试装备无法对光伏电站无功优化器开展测试的难题。。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于数模混合仿真的无功优化器评估方法，包括：

建立光伏电站等效模型；

采集光伏电站并网点电压和并网电流，并输出至无功优化器的控制器；

所述无功优化器的控制器接收调度下发的无功指令信号或者依据电网的状态变化发出的响应信号，并计算出光伏电站内各发电设备模型的无功指令信号，并向光伏电站内各发电设备发送无功指令信号；

各发电设备接收到无功指令信号后，按照指令信号做出响应，记录光伏电站并网点电压和并网电流信号，得到光伏电站静动态无功响应曲线数据；

通过分析光伏电站整站无功响应的各项性能指标，对照相关标准，综合评估该无功优化器的控制性能。

通过获取光伏电站拓扑结构，在数模混合仿真平台中，建立光伏电站等效模型。

采集到的所述光伏电站并网点电压和并网电流，通过信号调理模块将采集到的光伏电站并网点电压和并网电流进行线性变换，并输出至无功优化器的控制器。

对于不具备通信模块的无功优化器，通过模拟量输出板卡，输入至无功优化器控制器的A/D采样口，接收电站并网点电压和并网电流信号。

对于具备通信模块的无功优化器，通过通信协议，经通信接口输入至无功优化器控制器，接收电站并网点电压和并网电流信号。

对于同时具备模拟量接口和通信模块的无功优化器，所述无功优化器通过无功优化器控制器A/D采样口和通信接口共同接收的方式，获取电站并网点电压和并网电流信号。

采用模拟量输入模块、通信接口或两者相结合的方式，向光伏电站内各发电设备发送无功指令信号。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明技术方案仅需要通过无功优化器就避免了由于光伏电站容量受限无法对光伏电站无功优化器开展测试的问题，同时也避免了由于现场测试中存在的高电压、大电流等问题引起的安全隐患；

2、本发明技术方案需要采用无功优化器的控制器，与数字仿真评估相比，仅需要对光伏电站一次回路进行建模，将整个光伏电站一次回路都以仿真模型的形式存放在半实物仿真器中，通过物理接口实现仿真模型与无功优化器真实控制器的无缝对接，采用的无功优化器真实控制器自带的控制算法，不需要重新对控制系统进行建模，也不需要对逆变器控制模型进行辨识，能够体现无功优化器真实的优化、控制性能；

3、本发明技术方案开展评估时，所建电站模型的拓扑结构与实际电站一致，接线方式与现场一致，且采样信号的获取和指令信号的发出采用模拟量输入/输出模式还是通信传输模式，以及每个环节存在的时间延时均与现场电站一致，因此能够真实地反映现场光伏电站所配置的无功优化器的性能；

4、本发明技术方案不仅能够对光伏电站无功优化器的优化控制性能做出评估，如稳态跟踪性能、动态响应性能等，还可以对无功优化器的采样能力、通信能力做出评价；

5、本发明技术方案适合各种类型的无功优化器控制器，如与光伏电站 内各发电设备通过通信接口相连，通过模拟量输入/输出口相连，或者与电站内部分发电设备通过通信接口相连，而另一部分发电设备通过模拟量输入/输出口相连，无功优化器的控制器计算出光伏电站内各发电设备模型的无功指令信号，并向光伏电站内各发电设备发送无功指令信号，为开展光伏电站无功优化器检测提供了一种重要的技术手段。

附图说明

图1为本发明实施例光伏电站等效模型结构图；

图2为本发明实施例的测试装置的位置示意图；

图3为本发明实施例的电网电压发生变化时，通过无功优化器的优化控制，光伏电站并网点电压和并网电流无功分量变化曲线图；

图4为本发明实施例的光伏电站发出的有功功率和无功功率曲线图；

图5为本发明实施例的实现光伏电站并网点功率因数由1.0变化至0.95过程的10kV母线电压有效值、光伏电站主变低压侧(10kV)无功功率和低压侧功率因数变化的波形图；

图6为本发明实施例的实现光伏电站并网点功率因数由1.0变化至-0.95过程的10kV母线电压有效值、光伏电站主变低压侧(10kV)无功功率和低压侧功率因数变化的波形图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明一种基于数模混合仿真的无功优化器评估方法，如图1所示，通过半实物仿真器具体步骤为：

(1)获取光伏电站详细拓扑结构，在数模混合仿真平台中，建立光伏电站等效模型；

(2)采集光伏电站并网点电压和并网电流，通过信号调理模块将采集到的光伏电站并网点电压和并网电流进行线性变换，并输出至无功优化器的控制器。

模拟量输出至无功优化器控制器的方式有三种：

1)对于不具备通信功能的无功优化器，可经模拟量输出板卡，输入至无功优化器控制器的A/D采样口，接收电站并网点电压和并网电流信号；

2)对于具备通信功能的无功优化器，可通过某通信协议，经通信接口输入至无功优化器控制器，接收电站并网点电压和并网电流信号；

3)此外，对于同时具备模拟量接口和通信模块的无功优化器，，还可通过控制器A/D采样口和通信接口共同接收的方式，获取电站并网点电压和并网电流信号。

(3)无功优化器的控制器不仅接收电站并网点电压和并网电流信号，还接收调度下发的无功指令信号或者依据电网的状态变化发出的响应信号，通过无功优化器内部算法，计算出光伏电站内各发电设备模型的无功指令信号，并依据站内各发电设备是否具备通信接口硬件配置，采用模拟量输入模块或通信接口或两者相结合的方式，向光伏电站内各发电设备发送无功指令信号；

(4)各发电设备接收到无功指令信号后，按照指令信号做出响应，记录光伏电站并网点电压和并网电流信号，得到光伏电站静动态无功响应曲线数据；

(5)通过分析光伏电站整站无功响应的各项性能指标，对照相关标准， 综合评估该无功优化器的控制性能。

某30MWp光伏电站连接有无功优化器，且无功优化器具备通信接口，各采样信号和指令信号的传输通过通信的方式进行。

测试装置位于图2中A点位置，电站使用逆变器为某500kW光伏逆变器。

按照图1所示方案，建立30MWp光伏电站等效模型，采集光伏电站并网点电压和并网电流，通过信号调理模块将采集到的光伏电站并网点电压和并网电流进行线性变换，经通信接口输出至无功优化器的控制器。当调度向无功优化器下发的无功指令信号或者电网状态变化发出时，通过无功优化器内部算法，计算出光伏电站内各发电设备模型的无功指令信号，并采用通信方式向光伏电站内各发电设备发送无功指令信号。

图3为电网电压发生变化时，通过无功优化器的优化控制，光伏电站并网点电压和并网电流无功分量变化曲线，图4为光伏电站发出的有功功率和无功功率曲线，可以得到电压调整前后光伏电站静动态指标，如表1所示。

图1电压变化前后无功功率稳态值和响应时间

图5为通过调度系统下发指令，经无功优化器调节，实现光伏电站并网点功率因数由1.0变化至0.95过程的10kV母线电压有效值、光伏电站主变低压侧(10kV)无功功率和低压侧功率因数变化的波形。从测试波形可以看出，调节无功变化量为4.18Mvar，经无功优化器调节后，光伏电站的功率因数稳态值为0.965，响应时间为1.6s。

图6为通过调度系统下发指令，经无功优化器调节，实现光伏电站并网点功率因数由1.0变化至-0.95过程的10kV母线电压有效值、光伏电站主变低压侧(10kV)无功功率和低压侧功率因数变化的波形。从测试波形可以看出，调节无功变化量为4.05Mvar，经无功优化器调节后，光伏电站的功率因数稳态值为-0.968，响应时间为1.2s。

结合数据分析结果，对应标准GB/T29321-2012《光伏发电站无功补偿技术规范》的要求评估该无功优化器性能。该无功优化器在电网电压变化或调度系统下发指令时，其响应时间均小于10s，满足标准GB/T29321-2012《光伏发电站无功补偿技术规范》要求。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以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尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。