一种新能源场站快速调压控制系统及方法与流程

本发明属于新能源发电，更具体地，涉及一种新能源场站快速调压控制系统及方法。

背景技术：

1、21世纪以来，随着化石能源面临枯竭及其导致的环境问题日益严峻，“节能减排，开发利用可再生能源，走可持续发展道路”逐渐成为世界各国能源战略的共识。风能、太阳能作为人类取之不尽用之不竭的可再生能源，具有充分的清洁性、绝对的安全性、相对的广泛性、资源的充足性及潜在的经济性等优点，在长期的能源战略中具有重要地位。随着“双碳”目标和构建新型电力系统目标的提出，高比例新能源的电力系统快速从局部向全国发展。新能源发电在电压、频率和阻尼等方面的局限性逐步呈现，大电网的安全稳定运行面临巨大挑战。

2、新能源产业的快速发展与电网运行方式的多样性，使电网的安全稳定运行控制复杂化，其中，电压越限问题就是影响电网安全稳定的一个重要因素。新能源场站并网点电压受风电场/光伏电站有功、无功输出以及无功补偿装置无功输出等多种因素影响。但新能源场站不具备快速电压调节能力，在电网经受扰动时，场站机组易进入低电压穿越或高电压穿越状态，影响场站出力及电网实时功率平衡，进而影响光伏电站乃至电网的稳定运行状态。快速调压是指在系统经受扰动时，风电场、光伏电站、储能电站通过控制变流器、无功补偿装置等手段，快速将并网点电压调整至正常范围内，防止风电机组、光伏发电单元、储能系统进入低电压穿越或高电压穿越状态，gb 38755-2019《电力系统安全稳定导则》规定光伏电站均应具备快速调压能力。

3、在新能源并网方面，风电、光伏发电单元不具备像传统发电机组的动态无功支撑能力，由于风速、阳光、环境等因素的影响，在实际运作过程中会使新能源发电产生一定的变化，因此新能源发电具有明显的随机性和波动性；同时，受风速、辐照强度的限制，我国的新能源场站大多建设在人烟稀少土地资源丰富的三北地区，远离负荷中心，新能源出力需经远距离高压输电线路送出，新能源装机容量的提高削弱了常规电源的接入比例，使得新能源出力随机性和波动性的问题更加突出，因此新能源必须具备参与电网快速调压的能力；另一方面，受能量分布密度的制约，新能源场站占地面积普遍较大，发电单元经集电线路连接后集中并网。出力波动不仅会引起并网点电压波动，也会导致站内各节点电压的波动；不合理的无功分配还会引起集电线路有功损耗的增加，因此有必要对新能源场站内无功进行控制和优化。

4、国家出台了一系列新能源发电站接入电网的标准，要求通过10kv及以上电压等级并网的新能源场站，应按照电力系统无功补偿就地平衡和便于调整电压的原则配置无功补偿装置，具备自动无功功率调节及电压控制能力。因此，新能源场站均要求装设自动电压无功控制(automatic voltage and reactive power control，avc)系统，进行无功就地平衡，稳定电压水平，维持母线电压于规定范围并具有必要的电压稳定裕度，满足发电站接入电网供电的电能质量要求。

5、avc系统分为电网端avc主站和厂站端avc子站。avc主站部署于电网调度中心，以电网运行网损最小为优化目标，计算电网中各个节点处的最佳无功功率补偿量，并将各个厂站需要输出的无功功率通过调度消息下发给avc子站。发电站avc系统属于avc子站系统，它以母线电压合格率最高、主变分接开关调节次数最少、无功补偿装置的补偿容量最合理、发电机无功出力最优等要求为目标进行电压无功闭环控制。

6、avc系统每5分钟下发一次指令，主站与子站的avc系统相互配合，共同维护电网的电压质量和无功潮流。avc系统是电网正常运行的一种控制方式，在电网和新能源场站发生大的扰动或者故障时，avc系统无法满足电网和新能源场站对电压和无功的快速响应需求，导致风电机组、光伏发电单元、储能系统进入低电压穿越或高电压穿越状态，严重时有可能发生风电机组、光伏发电单元、储能系统脱网的风险。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种新能源场站快速调压控制策略、检测方法及装置，通过快速调压终端实时监测新能源场站并网点电压，超过设定范围时，快速调压服务器调节新能源场站无功电源(变流器、无功补偿装置)出力，将并网点电压调整至正常范围内。此外，提出了新能源场站快速调压能力检测方法及装置，通过试验验证新能源场站快速调压能力是否满足要求。

2、本发明适用于新能源发电技术领域，提供了一种新能源场站快速调压控制策略、检测方法及装置。新能源场站处于正常运行状态，快速调压终端实时监测新能源场站并网点电压，若并网点电压超出设定范围，快速调压服务器依据预定控制策略调节新能源场站无功电源出力，将并网点电压调整至正常范围内。此外，通过电压扰动发生装置、电量记录分析仪检测新能源场站快速调压能力，电压扰动发生装置向快速调压终端注入电压扰动信号，电量记录分析仪记录并网点电压、电流、无功等数据，进而分析新能源场站快速调压指标是否满足要求。

3、本发明采用如下的技术方案。

4、本发明的第一方面提供了一种新能源场站快速调压系统，包括：快速调压终端和快速调压服务器；所述快速调压终端用于实时监测新能源场站并网点电压，并将发送至快速调压服务器；快速调压服务器判断并网点电压，若并网点电压超出设定范围，发闭锁指令至avc子站，由快速调压系统来控制全场无功；快速调压服务器依据预定控制策略调节新能源场站无功电源出力，将并网点电压快速调整至正常范围内。

5、优选地，快速调压终端采集新能源场站并网点pt二次回路电压，根据变比折算一次侧电压有效值；快速调压终端与avc保持通信，实现指令协调，当并网点电压波动在快速调压系统设定范围内时，由avc控制全场无功；当并网点电压波动超过快速调压系统设定范围时，快速调压系统发闭锁指令至avc，由快速调压系统来控制全场无功。

6、优选地，所述新能源场站快速调压系统还包括：快速调压检测设备；

7、所述快速调压检测设备包括：电压扰动发生装置和电量记录分析仪；

8、快速调压终端试验通道接入电压扰动发生装置，由电压扰动发生装置产生电压信号，电量记录分析仪同时记录新能源场站并网点电压、电流，以及电压扰动发生装置产生的电压信号。

9、本发明的第二方面提供了一种新能源场站快速调压方法，基于所述的新能源场站快速调压系统，包括以下步骤：

10、步骤1，实时监测新能源场站并网点电压，判断并网点电压是否超出设定范围，在超出设定范围的情况下，发闭锁指令至avc子站，由快速调压系统来控制全场无功；

11、步骤2，快速调压系统生成新能源场站无功出力调节策略，计算无功调节参考量qref，构建新能源场站多目标无功分配模型；

12、步骤3，构建约束条件，将步骤2构建的新能源场站多目标无功分配模型在约束条件下求解；

13、步骤4，将步骤3求解获得的svg和变流器无功出力指令下发至svg和变流器，执行快速调压。

14、优选地，步骤2中，以svg剩余容量作为新能源场站无功裕度容量，以并网点电压无功灵敏度计算无功调节参考量qref，对无功调节参考量qref进行分配，用于生成svg和变流器无功出力。

15、优选地，步骤2包括：

16、步骤2.1，计算无功调节参考量qref；

17、步骤2.2，依照无功调节参考量qref所处的不同设定区间，构建svg与变流器无功出力分配模型；

18、步骤2.3，生成无功在各变流器之间进行优化分配策略，减小新能源场站内部电压偏差和有功损耗，建立多目标无功优化模型。

19、优选地，步骤2.1中，计算无功调节参考量qref，以如下公式(2)表示，

20、

21、式中：

22、δu表示待调压的电压偏差；

23、un表示新能源场站并网点额定电压；

24、ssc表示新能源场站并网点短路容量。

25、优选地，步骤2.2中，在无功调节参考量处于svg调节范围内的情况下，以如下公式(3)表示，使用svg响应调压，使用变流器补偿站内无功损耗δqloss，以如下公式(4)表示，

26、qsvg_min≤qref≤qscg_max       (3)

27、式中：

28、qsvg_min表示svg无功补偿下限；

29、qsvg_max表svg无功补偿上限；

30、

31、式中：

32、qsvg表示svg无功补偿量；

33、n表示站内变流器数量；

34、qpvi表示站内变流器i的无功补偿量，i∈[1,n]；

35、δqloss表示站内无功损耗；

36、在无功调节参考量超出svg调节范围内的情况下，以如下公式(5)表示，使用svg响应调压，剩余无功在各变流器之间进行优化分配，以如下公式(6)表示，

37、

38、式中：

39、qsvg_min表示svg无功补偿下限；

40、qsvg_max表svg无功补偿上限；

41、

42、式中：

43、qsvg表示svg无功补偿量；

44、n表示站内变流器数量；

45、qpvi表示站内变流器i的无功补偿量，i∈[1,n]；

46、δqloss表示站内无功损耗。

47、优选地，步骤2.3中，以各变流器接入点的电压标准差最小为目标，以新能源场站内集电线路有功损耗ploss最小为目标，以如下公式表示，

48、

49、式中：

50、f1表示第一子目标函数，以各变流器接入点的电压标准差最小为目标；

51、n表示站内变流器数量；

52、ui表示变流器i接入点的电压，i∈[1,n]；

53、f2表示第二子目标函数，以新能源场站内集电线路有功损耗最小为目标；

54、ploss表示站内集电线路有功损耗；

55、m表示每条集电线路上的分支数，n表示新能源场站集电线路数，δpj_i,loss表示每条分支上的有功损耗。

56、优选地，所述快速调压方法还包括步骤5：对新能源场站快速调压进行检测；

57、快速调压终端试验通道接入电压扰动发生装置，由电压扰动发生装置产生电压信号，电量记录分析仪同时记录新能源场站并网点电压、电流，以及电压扰动发生装置产生的电压信号，并网点电压、电流通过变比还原对应的一次电压、电流，电压扰动发生装置输出不同幅值电压，通过电量记录分析仪数据分析新能源场站快速调压能力。

58、与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：新能源场站快速调压能力可有效防止风电机组、光伏发电单元、储能系统进入低电压穿越或高电压穿越状态，避免影响场站出力及电网实时功率平衡，进而影响光伏电站乃至电网的稳定运行状态。