一种新能源场站无功-调压优化控制策略系统和方法与流程

本发明属于新能源场站发电，具体涉及风光储场站级无功功率优化控制策略及无功调压优化控制方法和系统。

背景技术：

1、目前，我国电力系统呈现“双高”特点，即高比例的新能源场站接入、高比例的电力电子设备接入，导致电力系统呈现弱惯量，调频、调压能力不足。

2、调压能力不足的原因是由于新能源机组动态无功支撑能力较常规机组弱，且新能源发电逐级升压接入电网，与主网的电气距离是常规机组的2-3倍。随着新能源占比快速提高，系统动态无功储备及支撑能力急剧下降，系统电压稳定问题突出。同时，新能源大规模接入导致系统短路容量下降，电压支撑能力降低，导致暂态过电压问题突出，若超出新能源机组设备耐受水平，则造成新能源大规模脱网或设备损坏。

3、为了解决新能源场站调压不足的问题，新能源场站多采用配置动态无功补偿设备以及增加新能源机组无功支撑能力解决系统调压问题。但是无功补偿设备和新能源机组无功支撑容量如何合理的参与系统调节，使系统运行在安全稳定的状态下是系统控制的难点。

技术实现思路

1、针对新能源场站多采用配置动态无功补偿设备以及增加新能源机组无功支撑能力以解决系统调压，但安全稳定性差的问题，提出了一种新能源场站无功-调压优化控制策略系统和方法，根据新能源场站无功补偿设备的性能优劣合理的分配无功容量参与系统调节，解决系统调压能力不足的问题。并通过建立仿真模型的形式对控制策略进行验证。同时，以新能源场站并网点与电网之间无功功率交互为0为控制目标，控制新能源场站并网点电压在合理的范围内，尽量提升新能源场站并网点的功率因素，实现最大限度的利用新能源场站自身配置的无功补偿装置实现电压调节，从而降低新能源场站并网运行成本。

2、本发明的技术方案为：

3、一种新能源场站无功-调压优化控制策略方法，包括新能源场站无功功率优化控制策略以及新能源场站无功-调压优化控制策略；

4、新能源场站无功功率优化控制策略包括：

5、步骤1：实时获取新能源场站机组运行信息，计算参与无功补偿机组可支配的无功补偿容量上下限及新能源场站可发出的无功功率上限值；

6、步骤2：以新能源场站并网点与电网无功功率交互为0为控制目标，计算新能源场站所需的无功功率

7、步骤3：根据新能源机组无功功率补偿性能优劣分配机组无功功率容量；

8、执行完新能源场站无功功率优化控制策略的基础上，再执行新能源场站无功-调压优化控制策略；

9、新能源场站无功-调压优化控制策略包括两部分，一部分是新能源场站级无功-电压协调控制，另一部是新能源场站故障电压穿越期间的无功-电压控制。

10、进一步的，其特征在于，新能源场站无功功率优化控制策略具体步骤如下：

11、首先获取新能源场站机组运行信息，计算参与无功补偿机组可支配的无功补偿容量以及场站可输出的无功功率总上下限值和然后启用无功功率优化分配策略，以新能源场站并网点与电网无功功率交互为0为控制目标，计算新能源场站所需的无功功率比较新能源场站所需的无功功率是否大于新能源场站可输出的无功功率上下限值和大于则将或作为新能源场站无功功率控制指令，不大于则将作为新能源场站无功功率控制指令；根据新能源机组无功功率补偿性能优劣合理分配无功功率给定值；此刻新能源场站参与无功补偿的设备均得到相应的无功功率给定值；判断并网点的电压是否需要修正，若并网点的电压偏离稳定运行范围，则启用新能源场站无功-调压优化控制策略，计算网损，重新对参与无功功率调节的机组进行指令修正，最终确定各机组无功运行数据，并下发执行；若并网点的电压不需要修正，则直接执行无功功率优化分配策略给定的值。

12、进一步的，新能源场站无功功率优化控制策略的步骤1具体为：

13、新能源场站参与无功补偿的机组无功容量裕度计算需要考虑机组无功容量上下限值以及根据机组视在功率和功率因素算出的无功功率限制；取其中的最小值为无功功率上下限幅值，并计算剩余可支配的无功功率值；

14、假设，svg无功补偿发生器当前无功上网功率为svg无功补偿发生器无功补偿容量上下限为

15、若则svg无功补偿发生器剩余容量如下公式(1)：

16、

17、若则svg无功补偿发生器剩余容量如下公式(2)：

18、

19、假设，储能机组当前无功上网功率为储能机组无功补偿容量上下限为根据储能机组视在功率sbess和功率因素设定值λbess，计算出储能机组当前无功容量限幅值如下公式(3)；

20、

21、比较储能机组无功功率限幅值，取最小值设置储能机组无功功率的上下限如下公式(4)；

22、

23、若则储能机组无功补偿剩余容量如下公式(5)：

24、

25、若则储能机组无功补偿剩余容量如下公式(6)：

26、

27、假设，风电机组当前无功上网功率为风电机组无功补偿容量上下限为根据风电机组视在功率swind和功率因素设定值λwind，计算出风电机组当前无功容量限幅值如下公式(7)；

28、

29、比较风电机组无功功率限幅值，取最小值设置风电机组无功功率的上下限如下公式(8)；

30、

31、若则风电机组无功补偿剩余容量如下公式(9)：

32、

33、若则风电机组无功补偿剩余容量如下公式(10)：

34、

35、假设，光伏机组当前无功上网功率为光伏机组无功补偿容量上下限为根据光伏机组视在功率spv和功率因素设定值λpv，计算出风电机组当前无功容量限幅值如下公式(11)；

36、

37、比较风电机组无功功率限幅值，取最小值设置风电机组无功功率的上下限如下公式(12)；

38、

39、若则光伏机组无功补偿剩余容量如下公式(13)：

40、

41、若则光伏机组无功补偿剩余容量如下公式(14)：

42、

43、计算此刻新能源场站无功功率上下限幅值和如下公式(15)；

44、

45、进一步的，新能源场站无功功率优化控制策略的步骤2具体为：

46、以新能源场站并网点与电网无功功率交互为0为控制目标，即为新能源场站只对外提供有功功率，不提供无功功率同时不吸收无功功率，而新能源场站内汇集线路、变压器、机组自身阻抗等导致的并网点电压降落，则由新能源场站内部机组进行供应无功功率；计算新能源场站并网点等效的无功功率如下公式(16)；

47、

48、e为并网点的电压幅值，α为电压e的相角，z为新能源场站等效的阻抗幅值，θ为新能源场站等效阻抗的相角；u为新能源场站并网点电压幅值；

49、比较新能源场站所需的无功功率是否大于新能源场站可输出的无功功率上下限值；

50、成立，则判断新能源场站所需无功功率是否为正；

51、是，则将新能源场站可输出无功功率为上限值作为控制目标；

52、否，则将新能源场站可输出无功功率下限值作为控制目标；

53、不成立，则将新能源场站所需的无功功率值为控制目标；

54、下发无功功率控制目标值。

55、进一步的，新能源场站无功功率优化控制策略的步骤3具体为：

56、根据新能源场站拓扑结构、并网运行总体所需无功功率容量以及新能源场站参与无功补偿设备的性能优劣合理的制定相关控制策略；

57、新能源场站拓扑结构：新能源场站包含风电场站，光伏电站，储能电站，svg无功补偿装置，负荷，升压变，汇集线路，电网；其中，风电场站是由n台风电机组等值并联接入电网,后又经过升压变压器并入电网；储能电站机组可实现并离网控制；储能电站与风电场场站并联后，通过升压变压器和汇集线路并网电网；光伏电站采用平均值模型并联而成，其中单台光伏机组通过dc-dc升压变换器和一个vsc连接到电网；光伏电站同样通过升压变和汇集线路并网电网；svg无功补偿装置可以根据新能源场站无功功率的需求，自动补偿缺额无功功率；svg无功补偿装置与光伏电站并联后并入电网；

58、步骤3.1：根据计算出的新能源场站所需无功功率值剔除不满足容量考核要求的故障设备；

59、比较新能源场站所需的无功功率指令值与机组实际可发无功功率值；若机组剩余无功容量满足新能源场站无功功率需求，则投入该设机组；若机组剩余无功容量不满足新能源场站无功功率需求，则剔除该机组；

60、步骤3.2：根据机组无功补偿设备性能优劣制定无功补偿方案；

61、无功补偿性能的优劣通过无功响应速度来判断，假设svg无功补偿发生器补偿相同容量的无功功率响应时间为tsvg，储能机组补偿相同容量的无功功率响应时间为tbess，风电机组补偿相同容量的无功功率响应时间为twind,光伏机组补偿相同容量的无功功率响应时间为tpv；

62、为了保证无功功率响应的准确性，定义机组无功功率从初始值到目标值误差范围小于初始值的±1％时刻为响应时间；假设无功功率初始调节时刻为t1，满足目标值的时刻为t2，则响应时间为t2-t1；

63、根据机组无功功率响应时间制定机组参与无功功率调节的优先顺序，假设，tsvg<tbess<twind<tpv,则svg无功补偿发生器优先进行无功补偿，当svg无功发生装置无功补偿容量不满足调度下发的功率要求时，储能开启无功补偿，以此类推，风电和光伏机组逐一参加无功补偿；

64、步骤3.3：根据新能源场站满足自身无功需求的功率值以及机组参与无功功率调节的优先顺序，计算机组无功功率给定值；

65、首先判断新能源场站所需的无功功率是否大于新能源场站当前可发出的最大无功功率；满足，则重新修订新能源场站无功功率指令值为新能源场站当前可发出的无功功率上限值；同时各个机组执行当前仿真周期内可发出的无功功率最大值；若不满足要求，则根据新能源场站机组性能优劣执行新能源场站所需的无功功率指令再次判断新能源场站所需的无功功率指令是否大于0，满足要求则新能源场站内机组无功功率限幅采用若不满足要求，则新能源场站内机组无功功率限幅采用同时根据新能源场站内机组参与无功补偿的先后顺序确定各个机组投入的无功功率容量值；

66、假设，新能源场站根据机组性能优劣给出的无功功率调节方案为svg无功补偿装置优先、储能第二、风电机组第三、光伏机组第四；同时新能源场站内部所需无功功率值并未超出新能源场站发出的最大无功功率值；

67、若则svg无功补偿装置容量范围为储能机组无功补偿容量范围为风电机组无功补偿容量范围为光伏电站无功补偿容量范围为

68、首先判断新能源场站所需的无功功率容量是否大于svg无功补偿容量上限值，如下公式(17)；

69、

70、若不满足公式(17)，则svg无功补偿发生装置执行的无功功率给定值为储能电站、风电场站、光伏电站执行的无功功率给定值为0，如下公式(18)；

71、

72、若满足公式(17)，则svg无功补偿装置执行的无功功率给定值为此刻需要判断新能源场站剩余无功功率是否超出储能无功功率上限值，如下公式(19)；

73、

74、若不满足公式(19)，则储能电站执行的无功功率给定值为

75、得出各机组无功功率给定值为，如下公式(20)：

76、

77、若满足公式(19)，则储能电站执行的无功功率给定值为需重新考虑剩余无功功率与风电机组无功功率最大限制之前的关系，如下公式(21)；

78、

79、若不满足公式(21)，则各机组执行的无功功率给定值，如下公式(22)：

80、

81、若满足公式(21)，则重新计算剩余无功功率需求值与光伏机组无功功率上限值之间的关系，如下公式(23)；

82、

83、若不满足公式(23)，则各机组执行的无功功率给定值如下公式(24)：

84、

85、若满足公式(23)，则各机组执行的无功功率给定值如下公式(25)：

86、

87、若qneed<0,则svg无功补偿装置容量范围为储能机组无功补偿容量范围为风电机组无功补偿容量范围为光伏电站无功补偿容量范围为

88、首先判断新能源场站所需的无功功率容量是否小于svg无功补偿容量下限值，如下公式(26)；

89、

90、若不满足公式(26)，则svg无功补偿发生装置执行的无功功率给定值为储能电站、风电场站、光伏电站执行的无功功率给定值为0，如下公式(27)；

91、

92、若满足公式(26)，则svg无功补偿装置执行的无功功率给定值为此刻需要判断新能源场站剩余无功功率是否超出储能无功功率上限值，如下公式(28)；

93、

94、若不满足公式(28)，则储能电站执行的无功功率给定值为

95、得出各机组无功功率给定值，如下公式(29)：

96、

97、若满足公式(28)，则储能电站执行的无功功率给定值为需重新考虑剩余无功功率与风电机组无功功率最大限制之前的关系，如下公式(30)；

98、

99、若不满足公式(30)，则各机组执行的无功功率给定值如下公式(31)：

100、

101、若满足公式(30)，则重新计算剩余无功功率需求值与光伏机组无功功率上限值之间的关系，如下公式(32)；

102、

103、若不满足公式(32)，则各机组执行的无功功率给定值如下公式(33)：

104、

105、若满足公式(32)，则各机组执行的无功功率给定值如下公式(34)：

106、

107、最终得出新能源场站各机组的无功功率给定值，并下发到下一环节的无功-调压优化控制策略。

108、进一步的，新能源场站无功-调压优化控制策略具体为：

109、首先监测新能源场站并网点电压，实时判断新能源场站并网点的电压是否超出90％～110％范围内；当超出范围，证明新能源场站内发生故障，应立即开启故障电压穿越和控制保护功能；此时按照新能源场站内各机组的运行特性完成特性验证，当新能源场站本次电压偏差超出控制保护范围或故障电压穿越失败时，应立刻进行切机切负荷；反之，正常运行，并执行上一步调度下发的无功功率控制指令；若此刻并网点的电压未超出90％～110％范围，则证明系统能够稳定运行，此刻需要判断电压是否偏差过大，若电压偏差超出设定的死区，则开启场站无功-电压下垂控制，并根据无功-电压下垂曲线计算出需要修正的无功功率指令；若电压偏差未超出死区，则正常运行，并执行调度下发的无功功率指令。

110、进一步的，当电压偏差超出死区范围且不满足故障电压穿越及控制保护动作范围时，新能源场站按照无功-电压下垂控制曲线及相关参数，给出无功功率上调范围或无功功率下调范围，并重新将修正过的无功功率指令下发给相关的机组。

111、一种新能源场站无功-调压优化控制策略系统，新能源场站包括风电场站、光伏电站、储能电站、svg无功补偿装置；风电场站是由n台风电机组等值并联接入电网,后又经过升压变压器并入电网；储能电站机组可实现并离网控制；储能电站与风电场场站并联后，通过升压变压器和汇集线路并网电网；光伏电站采用平均值模型并联而成，其中单台光伏机组通过dc-dc升压变换器和一个vsc连接到电网；光伏电站同样通过升压变和汇集线路并网电网；svg无功补偿装置可以根据新能源场站无功功率的需求，自动补偿缺额无功功率；svg无功补偿装置与光伏电站并联后并入电网。

112、本发明的有益效果在于：

113、1、本发明提出的基于新能源场站并网点与电网之间无功功率交互为0为控制目标，在并网点电压合理的范围内，控制并网点功率因素在1.0附近，可实现最大限度的利用新能源场站自身的无功功率满足无功调节需求，同时可以减少新能源场站内部无功补偿装置容量配置，降低工程造价及运维成本。

114、2、本发明专利提出的考虑机组无功调节性能优劣的无功功率优化控制策略，可以根据新能源场站内新能源机组的无功调节性能优劣进行分配，调节性能优异的机组承担更多的无功功率调节量，调节性能差的机组少承担或不承担无功功率调整量。该方法可以避免无功控制系统反复调节，减少调节控制系统的调节时间，但需要根据电站内各机组的历史运行状态确定机组优先调节顺序。

115、3、解决了新能源场站调压能力不足的问题。