一种新能源汇集区抑制无功环流的无功和电压控制方法与流程

本发明属于新型电力系统新能源开发体系无功和电压控制，尤其涉及一种新能源汇集区抑制无功环流的无功和电压控制方法。

背景技术：

1、新型电力系统新能源开发体系无功和电压控制领域，涉及范围包含新能源设备，如光伏设备，风机设备，和以逆变器为基础的可调节负荷，如制氢设备，充电桩，换电站，以及以逆变器为基础的储能设备、场站无功设备svg、电容等。

2、新能源具有间歇性，为了保证系统稳定，风电、光伏往往与火力发电进行打捆后再远距离输送。

3、目前，新能源接入地区的电压控制一般采用二级电压控制框架和电压指令控制模式，对新能源并网点电压及新能源电站电压分别进行考核来实现对汇集母线和新能源电站的无功电压控制，从而保证整个区域的电压稳定。

4、但是，由于各新能源站有各自的电压指令，各自独立的调节无法兼顾新能源场站之间的差异，在实际运行中经常出现个别新能源站承担更多的无功任务仍不能将该站电压调节到目标值，或者出现某些场站根本不用承担无功任务，甚至出现某些场站电压越线导致风机脱网。造成这种现象的根本原因是火电、风电、光伏各部分之间存在无功不平衡或无功环流。因此，研究抑制无功环流的控制方式对该发电系统的电压稳定、电力安全送出有着重要的作用。

5、现有风电汇集地区的无功控制策略为：调度avc主站电压指令计算，风电场avc子站电压指令执行。avc主站确定500kv母线，汇集母线电压参考值。各风电场avc采用电压指令追踪模式，将电压指令转化为无功指令，调整场内无功源功率，使得各母线电压接近调度下发的电压指令。

6、在新能源汇集地区，现有无功控制策略可能有以下问题：

7、1.不同的控制状态(由新能源场站决定)。参与和不参与avc控制的新能源场站导致场站间无功不合理流动。

8、2.不同的调节能力(由新能源场站决定)。某一新能源场站无功出力到达限值，其它新能源场站帮助该场站进行无功调整，从而导致无功在场站间流动。

9、3.不同的调节速度(由新能源场站决定)。不同的新能源场站的风机、逆变器和svg的无功调节速率不同，avc子站执行的调节策略不同，导致有些新能源场站无功调节快，有些调节慢，引起新能源场站之间的无功流动。

10、4.不同的调节设定值(由控制中心决定)。不同的新能源场站可能由不同的控制中心avc所决定，各控制中心采用的控制算法，考虑的约束条件都不尽相同，可能导致各新能源场站间调节设定值差异较大，从而导致无功在新能源场站间进行流动。

11、比如，针对图1中的风光火打捆送出系统，1号风电场和2号光伏站串接，再与3、4、5号风电场呈放射式接入火电厂的500kv母线，能源打捆后通过线路接入大电网。

12、该类系统在运行中，当风电场距离较近，各风电场存在调压耦合，实际调压过程中无功的调整与理想分配情况可能出现较大偏差，导致无功不均衡或无功环流，比如出现图1中所示的火电厂与新能源联络变之间的无功不平衡，1、2号站串接站之间的无功环流，4、5号站之间的无功环流。这些无功环流问题可能引起变压器过热，线路损耗增加，保护整定困难，电压难以调整到位，甚至引起新能源机组脱网。

13、综上所示，现有技术无法避免各风电场之间、新能源与火电之间的无功不平衡及无功环流，这些无功环流问题可能引起变压器过热，线路损耗增加，保护整定困难，电压难以调整到位，甚至引起新能源机组脱网。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种新能源汇集区抑制无功环流的无功和电压控制方法，在风光火打捆发电系统中，通过抑制新能源场站之间、新能源与火电之间的无功环流，以避免出现由于无功流动不合理导致的变压器过热，线路损耗增加，保护整定困难，电压难以调整到位，新能源机组脱网等问题。

2、本发明提供了

3、一种新能源汇集区抑制无功环流的无功和电压控制方法，通过设置新能源送出线路末端无功功率为零的方式实现各个新能源场站之间的无功控制完全解耦；通过设置新能源场站母线电压限值，在电压越线时，锁定无功值，停留在电压的最大或最小值；

4、对于风光火打捆送出系统，具体步骤包括：

5、步骤1，接收调度avc主站电压指令；所述指令包括汇集500kv母线电压运行参考值每个新能源场站220kv母线电压运行范围

6、步骤2，选择66kv侧fc投入个数并执行；

7、步骤3，以新能源场站送出线路末端无功为0为控制目标，通过估算无功指令，实现新能源场站间无功解耦控制：

8、其中，无功指令的计算公式如下：：

9、

10、式中，忽略阻抗上的压降，qi.ref为无功控制目标值，pi.t、qi.t、ui.t为第i个场站，无功控制点位置母线处t时刻的有功、无功、电压；li、ci为第i个场站送出线路的等效电感和等效电容，ω为电角频率；式中的前半部分表示线路上的感性无功，式中后半部分表示线路容性无功；

11、步骤4，电压防越限控制，包括：

12、(1)设定母线电压运行极限

13、设ui,min、ui,max为风电场i母线电压允许运行的最大值、最小值，所述ui,min、ui,max由调度avc主站下发，或由avc子站根据网架结构迭代计算获得。

14、(2)求解无功传输极限

15、设ui,t为风电场i，t时刻母线电压值；ui,min、ui,max为风电场i母线电压允许运行的最小值、最大值，通过电压控制器计算，并经过无功限变化率和限幅值环节，得出将该母线限制在最大和最小值电压值所对应的无功最小值和最大值：qi,min和qi,max。这样，风电场i，t时刻的无功传输极限为qi,min、qi,max。

16、(3)对步骤3的无功指令进行防越限限制

17、经过步骤3计算得出的无功指令为qset＝qi,ref，实时监测的无功值为qmeasure，经过无功控制器和qi,min、qi,max越限限制后，可以得出最终的无功指令为qsetpoint。

18、步骤5，根据得到的无功指令qsetpoint，对新能源机组、svg、fc进行无功指令分配。

19、进一步地，所述步骤2包括：

20、根据所有新能源场站的有功出力水平，在30％，60％，80％，100％的情况下分别投入1,2,3,4组fc，在动作点附近设置动作死区，产生的波动由火电avc系统平抑。

21、借由上述方案，通过新能源汇集区抑制无功环流的无功和电压控制方法，可实现新能源场站之间、新能源与火电之间的无功解耦控制，同时通过电压限幅模块保证满足调度电压指令要求，大幅度减小了线路网损，避免了无功调节能力的浪费。

22、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

技术特征：

1.一种新能源汇集区抑制无功环流的无功和电压控制方法，其特征在于，通过设置新能源送出线路末端无功功率为零的方式实现各个新能源场站之间的无功控制完全解耦；通过设置新能源场站母线电压限值，在电压越线时，锁定无功值，停留在电压的最大或最小值；

2.根据权利要求1所述的新能源汇集区抑制无功环流的无功和电压控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：

技术总结
本发明涉及一种新能源汇集区抑制无功环流的无功和电压控制方法，通过设置新能源送出线路末端无功功率为零的方式实现各个新能源场站之间的无功控制完全解耦；通过设置新能源场站母线电压限值，在电压越线时，锁定无功值，停留在电压的最大或最小值。本发明可实现新能源汇集区中各新能源电站及不同类型电压之间的协同无功电压控制，在大多数场合下可实现各新能源场站之间的无功完全解耦，各新能源场站内部无功达到平衡。少数极端情况下，新能源场站母线电压越限时，将场站无功输出保持在某一固定值，以满足母线电压考核指标。

技术研发人员：殷波,杨玉新,吕晨光,王劲松,郭洪义,张天保,杨海超,姚谦
受保护的技术使用者：中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15