[发明专利]一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法

权利要求书

1.一种基于功率预测的并网光伏电站无功-电压控制方法，其特征在于：通过光伏AVC系统协调并网光伏电站内的无功调节设备，完成并网点电压控制；所述无功调节设备包括光伏逆变器、并联补偿电容器组和静态无功补偿设备；

所述方法包括：

步骤1：确定并网光伏电站再并网点电压调节结束时的无功损耗；

步骤2：确定并网光伏电站的无功调节总量；

步骤3：确定光伏逆变器和静态无功补偿设备的无功功率极限；

步骤4：进行并联补偿电容器组的投切控制；

步骤5：进行光伏逆变器和静态无功补偿设备的控制；

所述步骤1中，并网光伏电站包括集电线路和变压器；包括：

步骤1-1：计算集电线路的总无功损耗，包括：

设集电线路电压和电流分别为U和I，X_l为集电线路的等值电抗，x_l为集电线路单位长度电抗，l为集电线路长度，有X_l＝x_l·l；

于是集电线路的无功损耗Q_l和充电功率Q_c分别表示为：

Q_l＝3·I²X_l＝3·I²x_l·l (1)

Q_C＝U²ωC/1000＝U²·2πf·c·l/1000 (2)

其中，f为电力系统频率，取50Hz；ω为电力系统角速度；C为集电线路对地电容，c为集电线路单位长度对地电容；

于是，集电线路的总无功损耗为Q_l-Q_C；

步骤1-2：计算变压器的总无功损耗，包括：

单台变压器的无功损耗Q'_T表示为：

其中，S_N为变压器的额定功率，I₀％为变压器空载电流百分比，U_k％为变压器短路电压百分比，S为变压器视在功率，β为变压器负荷率，且β＝S/S_N；

于是，并网光伏电站内变压器的总无功损耗Q_T表示为：

Q_T＝∑Q'_T (4)

步骤1-3：计算并网光伏电站在并网点电压调节开始时的无功损耗Q_Σ(t₀)，其表示为：

Q_Σ(t₀)＝Q_l-Q_C+Q_T (5)

采用求和自回归滑动平均模型对并网点电压调节过程中并网光伏电站的无功损耗进行预测，于是并网光伏电站在并网点电压调节结束时的无功损耗Q_Σ(t)表示为：

其中，t₀为并网点电压调节开始时刻，t为并网点电压调节结束时刻，为并网光伏电站出力变化导致的并网光伏电站的无功损耗差值，为并网点电压变化导致的并网光伏电站的无功损耗差值；

所述步骤2包括：

并网点电压U_pcc与并网点无功功率Q_pcc满足以下关系：

其中，Q'_PV为光伏逆变器当前输出的总无功功率，且Q'_PV＝Q_inv-Q_Σ(t₀)，Q_inv表示光伏逆变器输出的无功功率，Q_Σ(t₀)为并网光伏电站在并网点电压调节开始时的无功损耗；Q_cap为并联补偿电容器组当前输出无功功率，Q_svc为静态无功补偿设备当前输出无功功率；ΔU_pcc为并网点电压增量，ΔQ_pcc为并网点无功功率增量，ΔQ'_PV为光伏逆变器输出无功功率增量，ΔQ_cap为联补偿电容器组输出无功功率增量，ΔQ_svc为静态无功补偿设备输出无功功率增量；

并网点电压U_pcc和无穷大母线电压U_∞分别表示为：

其中，U_PV为并网光伏电站低压侧母线电压，P_PV和Q_PV分别为并网光伏电站低压侧注入有功功率和无功功率；中间量R_Σ和X_Σ分别表示为R_Σ＝R₁+R₂，X_Σ＝X₁+X₂，R₁和X₁分别为主变等值电阻和电抗，R₂和X₂分别为并网点外部等值电阻和电抗；

由式(8)和(9)得到：

设并网光伏电站的电压控制灵敏度和无功控制灵敏度分别为和有：

由式(11)可得：

并网光伏输出无功功率Q_pcc表示为：

由式(11)和(13)可得：

并网光伏电站的无功调节总量表示为：

Q_target≈Q'_PV+Q_cap+Q_svc+Q_initial+ΔQ_pcc+ΔQ_Σ(t-t₀) (12)

其中，ΔQ_Σ(t-t₀)为并网光伏电站在并网点电压调节周期内的无功损耗，且ΔQ_Σ(t-t₀)＝ΔQ_Σ(t)-ΔQ_Σ(t₀)，Q_Σ(t₀)为并网光伏电站在并网点电压调节开始时的无功损耗，ΔQ_Σ(t)为并网光伏电站在并网点电压调节结束时的无功损耗；

所述步骤3包括：

步骤3-1：确定光伏逆变器的无功功率极限Q_invmax，有：

其中，U_inv为光伏逆变器输出电压，U_pcc为并网点电压，ω为电力系统角速度，L为光伏逆变器交流侧电感，P_inv和Q_inv表示光伏逆变器输出有功功率和无功功率，且P_inv和Q_inv之间还满足θ为U_inv和U_pcc之间的相位差；

步骤3-2：确定静态无功补偿设备的无功功率极限Q_svcmax满足：

Q'_linemin≤Q_svcmax≤Q'_linemax (14)

其中，Q'_linemin、Q'_linemax分别为并网光伏电站中支路输出的无功功率下限和上限；

所述步骤4中，采用分段控制方式对并联补偿电容器组进行投切控制，包括：

1)稳步上升阶段，即并网光伏电站出力稳步上升阶段，对应的典型时间段在并网光伏电站在上午6点至10点期间，在此典型时间段，并联补偿电容器组采用超前控制，即并联补偿电容器组在预计负荷上升前投入；

2)拐点阶段，即并网光伏电站出力相对平稳阶段，对应的典型时间段在并网光伏电站在上午10点至下午4点期间，在此典型时间段，并联补偿电容器组采用滞后控制，即光伏逆变器可调裕度低于并网光伏电站的无功调节增量情况下对并联补偿电容器组进行投切，其中并网光伏电站的无功调节增量为Q_invmax-Q_PV；

3)稳步下降阶段，即并网光伏电站出力稳步下降阶段，对应的典型时间段在并网光伏电站在下午4点至8点期间，在此典型时间段，并联补偿电容器组采用超前控制，即并联补偿电容器组在预计负荷下降前切出；

所述步骤5包括：

步骤5-1：光伏AVC系统对光伏逆变器进行控制，包括：

1)在并网点电压调节周期中，改变光伏逆变器的无功功率以实现并网点电压控制；

2)在并网点电压调节结束时刻后，保持并网点无功功率不变的情况下，采用光伏逆变器的无功功率置换静态无功补偿设备输出的无功功率，并使静态无功补偿设备输出的无功功率降为零，同时优化并网光伏电站内集电线路电压分布；

步骤5-2：光伏AVC系统对静态无功补偿设备进行控制，包括：

1)在并网点电压调节结束时刻前，若并网点电压仍未满足相应的设定目标值，则需调节静态无功补偿设备输出的无功功率；

2)在并网点电压调节结束时刻后，若静态无功补偿设备输出无功功率，而同时光伏逆变器具备可调裕度，则采用光伏逆变器的无功功率置换静态无功补偿设备输出的无功功率，并使静态无功补偿设备输出的无功功率降为零。