一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法

摘要

本发明涉及一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法，属于光伏发电站电压无功自动调节技术领域。该方法在一个调节周期到来时，首先从光伏发电站当地监控系统获取各光伏并网逆变器的当前无功值、接入同一条低压母线的各集电线和SVG的当前无功值；然后，对无功环流进行判断：当无功环流不存在时，调节到此结束；当无功环流存在时，确定消除环流的无功调整量，根据无功调整量分别确定相应集电线下每台光伏并网逆变器的无功设定值和SVG无功设定值，最后将该设定值分别下发执行，完成调节并等待下一个周期到来。本发明使得光伏发电站出现SVG与集电线无功环流现象时能得到及时消除，提高了光伏发电站运行的经济性。

权利要求

1.一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)在一个调节周期到来时，从光伏发电站当地监控系统获取各光伏并网逆变器的当前无功值、接入同一条低压母线的各集电线和SVG的当前无功值；

SVG的当前无功值记为Qsvg；SVG无功调节步长记为Qsvg_step；

所有当前无功值大于0的N条集电线的无功值分别记为Qi，i＝1，…，N，将所有Qi相加之和记为Q+，如式(1)所示：所有当前无功值小于0的M条集电线的无功值分别记为Qk，k＝1，…，M，将所有Qk的绝对值相加之和记为Q-，如式(2)所示：

2)对无功环流进行判断；

2.1)若Qsvg大于0且Q-等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG与集电线之间无功环流不存在，不进行消除环流的无功调节，调节到此结束；

2.2)若Qsvg小于0且Q+等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG与集电线之间无功环流不存在，不进行消除环流的无功调节，调节到此结束；

2.3)若Qsvg大于0且Q-不等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG发出的部分无功流向了集电线，形成了无功环流，转入步骤3)；

2.4)若Qsvg小于0且Q+不等于0，则表明此时同一条低压母线下集电线发出的部分无功流向了SVG，形成了无功环流，转入步骤4)；

3)当Qsvg大于0且Q-不等于0时，无功环流存在，则进行消除环流的无功调节，即使所有当前无功值小于0的集电线下属的光伏并网逆变器增发无功，同时为了保持并网点电压的稳定，减少SVG发出等量的无功；具体步骤如下：

3.1)设消除无功环流的无功调整量如式(3)所示：

Qdelta＝min{Qsvg，Q-，Qsvg_step}  (3)

3.2)设当前无功值小于0的每一条集电线无功调整量记为Qk_delta，k＝1，…，M，则：Qk_delta＝min{|Qk|，Qdelta/M}  (4)记第k条当前无功值小于0的集电线下共有Rk个光伏并网逆变器，每个光伏并网逆变器所对应的当前无功值为Qk_j，k＝1，…，M，j＝1，…，Rk，每个光伏并网逆变器的无功设定值记为Qk_j_set，k＝1，…，M，j＝1，…，Rk，则：Qk_j_set＝Qk_j+Qk_delta/Rk  (5)

3.3)设SVG无功设定值为Qsvg_set，则：

3.4)将步骤3.3)的SVG无功设定值Qsvg_set和步骤3.2)的光伏并网逆变器无功设定值Qk_j_set分别下发到SVG和各光伏并网逆变器进行执行，调节到此结束；

4)当Qsvg小于0且Q+不等于0时，无功环流存在，则进行消除环流的无功调节，即使所有当前无功值大于0的集电线下属的光伏并网逆变器少发无功，同时为了保持并网点电压的稳定，增加SVG发出等量的无功；具体步骤如下：

4.1)设消除无功环流的无功调整量如式(7)所示：

Qdelta＝min{|Qsvg|，Q+，Qsvg_step}  (7)

4.2)设当前无功值大于0的每一条集电线无功调整量记为Qi_delta，i＝1，…，N，则：Qi_delta＝min{|Qi|，Qdelta/N}  (8)记第i条当前无功值大于0的集电线下共有Si个光伏并网逆变器，每个光伏并网逆变器对应的当前无功值为Qi_j，i＝1，…，N，j＝1，…，Si，每个的光伏并网逆变器无功设定值记为Qi_j_set，i＝1，…，N，j＝1，…，Si，则：Qi_j_set＝Qi_j-Qi_delta/Si  (9)

4.3)设SVG无功设定值为Qsvg_set，则：

4.4)将步骤4.3)的SVG无功设定值Qsvg_set和步骤4.2)的光伏并网逆变器无功设定值Qi_j_set分别下发到SVG和各光伏并网逆变器进行执行，调节到此结束；

5)等待下一个调节周期的到来，重新返回步骤1)。

说明书

一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法

技术领域

[0001] 本发明属于光伏发电站电压无功自动调节技术领域，特别涉及一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法。

背景技术

[0002] 国标GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统技术规定》规定：光伏发电站的无功电源包括光伏并网逆变器及光伏发电站无功补偿装置。光伏发电站要充分利用并网逆变器的无功容量及其调节能力；当逆变器的无功容量不能满足系统电压调节需要时，应在光伏发电站集中加装适当容量的无功补偿装置，必要时加装动态无功补偿装置(SVG)。

[0003] 该国标还规定，通过10kV～35kV电压等级接入电网的光伏发电站在其无功输出范围内，应具备根据光伏发电站并网点电压水平调节无功输出，参与电网电压调节的能力，其调节方式和参考电压、电压调差率等参数应由电网调度机构设定。通过110(66)kV及以上电压等级接入电网的光伏发电站应配置无功电压控制系统，具备无功功率调节及电压控制能力。根据电网调度机构指令，光伏发电站自动调节其发出(或吸收)的无功功率，实现对并网点电压的控制，其调节速度和控制精度应满足电力系统电压调节的要求。

[0004] 光伏发电站一般将SVG安装在低压母线上，光伏并网逆变器经箱变升压后接入集电线(集电线是在光伏发电站内，连接光伏并网逆变器出口和变压器的架空线路或电缆)，而集电线最终也接入低压母线。这种情况下，可能会出现低压母线上的SVG与集电线无功异号，即出现SVG与集电线的无功环流现象，这种无功环流会使全网的有功损耗明显增加，影响光伏发电站的经济运行。

[0005] 发明专利“一种多台单相电压源型逆变器并联的无功环流抑制方法”(申请公布号CN104811074A、申请号2015101778999)公开了一种多逆变器并联时逆变器之间出现无功环流的抑制方法。发明专利“一种消除光伏发电站跨主变无功环流的调节方法”(申请公布号CN105162132A、申请号2015105144032)公开了一种消除光伏发电站跨主变无功环流的调节方法。关于光伏发电站内消除SVG与集电线之间的无功环流现象的技术尚未见公开报道。

发明内容

[0006] 本发明的目的是为填补已有技术的空白之处，提出一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法。本发明方法能及时消除光伏发电站SVG与集电线之间发生的无功环流现象，从而减少网损，提高光伏发电站运行的经济性；同时由于采用分步调节和等量调节的方法，使得母线电压在整个调节过程中保持了平稳过渡，提高了光伏发电站运行的安全性和可靠性。

[0007] 本发明提出的一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

[0008] 1)在一个调节周期到来时，从光伏发电站当地监控系统获取各光伏并网逆变器的当前无功值、接入同一条低压母线的各集电线和SVG的当前无功值；

[0009] SVG的当前无功值记为Qsvg；SVG无功调节步长记为Qsvg_step；

[0010] 所有当前无功值大于0的N条集电线的无功值分别记为Qi，i＝1，…，N，将所有Qi相加之和记为Q+，如式(1)所示：

[0011]

[0012] 所有当前无功值小于0的M条集电线的无功值分别记为Qk，k＝1，…，M，将所有Qk的绝对值相加之和记为Q-，如式(2)所示：

[0013]

[0014] 2)对无功环流进行判断；

[0015] 2.1)若Qsvg大于0且Q-等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG与集电线之间无功环流不存在，不进行消除环流的无功调节，调节到此结束；

[0016] 2.2)若Qsvg小于0且Q+等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG与集电线之间无功环流不存在，不进行消除环流的无功调节，调节到此结束；

[0017] 2.3)若Qsvg大于0且Q-不等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG发出的部分无功流向了集电线，形成了无功环流，转入步骤3)；

[0018] 2.4)若Qsvg小于0且Q+不等于0，则表明此时同一条低压母线下集电线发出的部分无功流向了SVG，形成了无功环流，转入步骤4)；

[0019] 3)当Qsvg大于0且Q-不等于0时，无功环流存在，则进行消除环流的无功调节，即使所有当前无功值小于0的集电线下属的光伏并网逆变器增发无功，同时为了保持并网点电压的稳定，减少SVG发出等量的无功；具体步骤如下：

[0020] 3.1)设消除无功环流的无功调整量如式(3)所示：

[0021] Qdelta＝min{Qsvg，Q-，Qsvg_step}  (3)

[0022] 3.2)设当前无功值小于0的每一条集电线无功调整量记为Qk_delta，k＝1，…，M，则：

[0023] Qk_delta＝min{|Qk|，Qdelta/M}  (4)

[0024] 记第k条当前无功值小于0的集电线下共有Rk个光伏并网逆变器，每个光伏逆变器所对应的当前无功值为Qk_j，k＝1，…，M，j＝1，…，Rk，每个光伏并网逆变器的无功设定值记为Qk_j_set，k＝1，…，M，j＝1，…，Rk，则：

[0025] Qk_j_set＝Qk_j+Qk_delta/Rk  (5)

[0026] 3.3)设SVG无功设定值为Qsvg_set，则：

[0027]

[0028] 3.4)将步骤3.3)的SVG无功设定值Qsvg_set和步骤3.2)的光伏并网逆变器无功设定值Qk_j_set分别下发到SVG和各光伏并网逆变器进行执行，调节到此结束；

[0029] 4)当Qsvg小于0且Q+不等于0时，无功环流存在，则进行消除环流的无功调节，即使所有当前无功值大于0的集电线下属的光伏并网逆变器少发无功，同时为了保持并网点电压的稳定，增加SVG发出等量的无功；具体步骤如下：

[0030] 4.1)设消除无功环流的无功调整量如式(7)所示：

[0031] Qdelta＝min{|Qsvg|，Q+，Qsvg_step}  (7)

[0032] 4.2)设当前无功值大于0的每一条集电线无功调整量记为Qi_delta，i＝1，…，N，则：

[0033] Qi_delta＝min{|Qi|，Qdelta/N}  (8)

[0034] 记第i条当前无功值大于0的集电线下共有Si个光伏并网逆变器，每个光伏逆变器对应的当前无功值为Qi_j，i＝1，…，N，j＝1，…，Si，每个的光伏并网逆变器无功设定值记为Qi_j_set，i＝1，…，N，j＝1，…，Si，则：

[0035] Qi_j_set＝Qi_j-Qi_delta/Si  (9)

[0036] 4.3)设SVG无功设定值为Qsvg_set，则：

[0037]

[0038] 4.4)将步骤4.3)的SVG无功设定值Qsvg_set和步骤4.2)的光伏并网逆变器无功设定值Qi_j_set分别下发到SVG和各光伏并网逆变器进行执行，调节到此结束；

[0039] 5)等待下一个调节周期的到来，重新返回步骤1)。

[0040] 本发明方法的特点及优点是：

[0041] 本发明在光伏发电站并网点电压和光伏并网逆变器机端电压都合格的基础上，当光伏发电站出现同一条母线下SVG与各集电线之间出现无功环流现象时，通过分两类调整各光伏并网逆变器和SVG的无功设定值，使无功环流得到及时消除，减少了线路网络损耗，提高了光伏发电站运行的经济性；同时由于光伏并网逆变器和SVG的无功调整量尽可能采用等量调整的方法，以及设置动态无功补偿装置的无功调节步长限制每次调节的幅度，使得并网点电压在整个调节过程中保持了平稳过渡，提高了光伏发电站运行的安全性和可靠性。

具体实施方式

[0042] 本发明提出的一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法，下面结合一个具体实施例进一步详细说明如下。

[0043] 本发明提出的一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

[0044] 1)在一个调节周期(调节周期的长度为10至60秒，可自行配置)到来时，从光伏发电站当地监控系统获取各光伏并网逆变器的当前无功值、接入同一条低压母线的各集电线和SVG的当前无功值；

[0045] SVG的当前无功值记为Qsvg；SVG无功调节步长(SVG每次无功调节的最大允许值)记为Qsvg_step；

[0046] 所有当前无功值大于0的N条集电线的无功值(即无功从集电线流入低压母线)分别记为Qi(i＝1，…，N)，将所有Qi相加之和记为Q+，如式(1)所示：

[0047]

[0048] 所有当前无功值小于0的M条集电线的无功值(即无功从低压母线流入集电线)分别记为Qk(k＝1，…，M)，将所有Qk的绝对值相加之和记为Q-，如式(2)所示：

[0049]

[0050] 2)对无功环流进行判断；

[0051] 2.1)若Qsvg大于0且Q-等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG与集电线之间无功环流不存在，不进行消除环流的无功调节，调节到此结束；

[0052] 2.2)若Qsvg小于0且Q+等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG与集电线之间无功环流不存在，不进行消除环流的无功调节，调节到此结束；

[0053] 2.3)若Qsvg大于0且Q-不等于0，则表明此时同一条低压母线下SVG发出的部分无功流向了集电线，形成了无功环流，转入步骤3)；

[0054] 2.4)若Qsvg小于0且Q+不等于0，则表明此时同一条低压母线下集电线发出的部分无功流向了SVG，形成了无功环流，转入步骤4)；

[0055] 3)当Qsvg大于0且Q-不等于0时，无功环流存在，则进行消除环流的无功调节，即使所有当前无功值小于0的集电线下属的光伏并网逆变器增发无功，同时为了保持并网点电压的稳定，减少SVG发出等量的无功；具体步骤如下：

[0056] 3.1)设消除无功环流的无功调整量如式(3)所示：

[0057] Qdelta＝min{Qsvg，Q-，Qsvg_step}  (3)

[0058] 3.2)设当前无功值小于0的每一条集电线无功调整量记为Qk_delta(k＝1，…，M)，则：

[0059] Qk_delta＝min{|Qk|，Qdelta/M}  (4)

[0060] 每一条集电线下有若干个光伏并网逆变器，记第k条当前无功值小于0的集电线下共有Rk个光伏并网逆变器，每个光伏逆变器所对应的当前无功值为Qk_j(k＝1，…，M，j＝1，…，Rk)，每个光伏并网逆变器的无功设定值记为Qk_j_set(k＝1，…，M，j＝1，…，Rk)，则：

[0061] Qk_j_set＝Qk_j+Qk_delta/Rk  (5)

[0062] 3.3)设SVG无功设定值为Qsvg_set，则：

[0063]

[0064] 3.4)将SVG无功设定值Qsvg_set和光伏并网逆变器无功设定值Qk_j_set(k＝1，…，M，j＝1，…，Rk)分别下发到SVG和各光伏并网逆变器进行执行，调节到此结束；

[0065] 4)当Qsvg小于0且Q+不等于0时，无功环流存在，则进行消除环流的无功调节，即使所有当前无功值大于0的集电线下属的光伏并网逆变器少发无功，同时为了保持并网点电压的稳定，增加SVG发出等量的无功；具体步骤如下：

[0066] 4.1)设消除无功环流的无功调整量如式(7)所示：

[0067] Qdelta＝min{|Qsvg|，Q+，Qsvg_step}  (7)

[0068] 4.2)设当前无功值大于0的每一条集电线无功调整量记为Qi_delta(i＝1，…，N)，则：

[0069] Qi_delta＝min{|Qi|，Qdelta/N}  (8)

[0070] 每一条集电线下有若干个光伏并网逆变器，记第i条当前无功值大于0的集电线下共有Si个光伏并网逆变器，每个光伏逆变器对应的当前无功值为Qi_j(i＝1，…，N，j＝1，…，Si)，每个的光伏并网逆变器无功设定值记为Qi_j_set(i＝1，…，N，j＝1，…，Si)，则：

[0071] Qi_j_set＝Qi_j-Qi_delta/Si  (9)

[0072] 4.3)设SVG无功设定值为Qsvg_set，则：

[0073]

[0074] 4.4)将SVG无功设定值Qsvg_set和光伏并网逆变器无功设定值Qi_j_set(i＝1，…，N，j＝1，…，Si)分别下发到SVG和各光伏并网逆变器进行执行，调节到此结束；

[0075] 5)等待下一个调节周期的到来，重新返回步骤1)。

[0076] 值得说明的是，本方法在无功环流存在时是分多步进行调节的；一个调节周期不一定就能完全消除无功环流，可能还要经过多个调节周期的反复调节才能完全消除。

[0077] 本实施例的光伏发电站装机容量为50MW(100台0.5MW光伏并网逆变器)，高压单母线为110kV，低压母线为35kV，低压母线下安装有一组动态无功补偿装置，容量为±10MVar，低压母线下还有5条集电线，每条集电线安装有20台光伏并网逆变器，采用了本发明提出的消除光伏发电站SVG与集电线无功环流无功环流的调节方法，调节周期为30秒，SVG无功调节步长为1MVar，具体调节过程包括以下步骤：

[0078] 1-1)(2016年7月14日11时37分10秒，第一个调节周期)从光伏发电站监控系统获取#1～#5集电线的当前无功值分别为1.30MVar、2.31MVar、1.47MVar、1.04MVar、-1.56MVar，SVG的当前无功值为2.19MVar，110kV母线电压为114.26kV；

[0079] 累加所有大于0的集电线无功值总和为6.12MVar，累加所有小于0的集电线无功值的绝对值总和为1.56MVar；

[0080] 1-2)由于SVG的当前无功值为2.19MVar大于0，且累加所有小于0的集电线无功值的绝对值总和为1.56MVar不等于0，表明SVG的部分无功流向了#5集电线，存在无功环流，需要进行消除环流的无功调节，即减少集电线下属的光伏并网逆变器吸收的无功、同时减少SVG发出的无功；

[0081] 1-3)SVG无功调整量为min{2.19，1.56，1}＝1MVar；

[0082] #5集电线无功调整量为min{1.56，1}＝1MVar；

[0083] #5集电线下属20个光伏并网逆变器，每个光伏并网逆变器无功调整量为为1/20＝0.05MVar；

[0084] #5集电线下属20个光伏并网逆变器当前无功值分别为(单位MVar)：

[0085] -0.08、-0.09、-0.07、-0.10、-0.02、-0.11、-0.11、-0.07、-0.09、-0.07、[0086] -0.09、-0.10、-0.06、-0.05、-0.12、-0.11、-0.06、-0.10、-0.07、-0.11；

[0087] 则本轮调节#5集电线下属20个光伏并网逆变器无功设定值分别为(单位MVar)：

[0088] -0.03、-0.04、-0.03、-0.06、0.03、-0.06、-0.06、-0.02、-0.04、-0.02、[0089] -0.04、-0.05、-0.01、-0.00、-0.07、-0.06、-0.01、-0.05、-0.02、-0.06；

[0090] 本轮调节SVG无功设定值为2.19-1＝1.19MVar；

[0091] 将SVG无功设定值和光伏并网逆变器无功设定值分别下发到SVG和各光伏并网逆变器进行执行，本轮调节到此结束。

[0092] 2-1)(2016年7月14日11时37分40秒，第二个调节周期)从光伏发电站监控系统获取#1～#5集电线的当前无功值分别为1.23MVar、2.26MVar、1.45MVar、1.03MVar、-0.63MVar，SVG的当前无功值为1.13MVar，110kV母线电压为114.22kV；

[0093] 累加所有大于0的集电线无功值总和为5.97MVar，累加所有小于0的集电线无功值的绝对值总和为0.63MVar；

[0094] 2-2)由于SVG的当前无功值为1.13MVar大于0，且累加所有小于0的集电线无功值的绝对值总和为0.63MVar不等于0，表明SVG的部分无功流向了#5集电线，存在无功环流，需要进行消除环流的无功调节，即减少集电线下属的光伏并网逆变器吸收的无功、同时减少SVG发出的无功；

[0095] 2-3)SVG无功调整量为min{1.13，0.63，1}＝0.63MVar；

[0096] #5集电线无功调整量为min{0.63，0.63/1}＝0.63MVar；

[0097] #5集电线下属20个光伏并网逆变器，每个光伏逆变器无功调整量为为0.63/20＝0.03MVar；

[0098] #5集电线下属20个光伏并网逆变器当前无功值分别为(单位MVar)：

[0099] -0.03、-0.04、-0.03、-0.06、0.03、-0.06、-0.06、-0.02、-0.04、-0.02、[0100] -0.04、-0.05、-0.01、-0.00、-0.07、-0.06、-0.01、-0.05、-0.02、-0.06；

[0101] 则本轮调节#5集电线下属20个光伏并网逆变器无功设定值分别为(单位MVar)：

[0102] 0.00、-0.01、0.00、-0.03、0.06、-0.03、-0.03、0.01、-0.01、0.01、[0103] -0.01、-0.02、0.02、0.03、-0.04、-0.03、0.02、-0.02、0.01、-0.03；

[0104] 本轮调节SVG无功设定值为1.13-0.63＝0.5MVar；

[0105] 将SVG无功设定值和光伏并网逆变器无功设定值分别下发到SVG和各光伏并网逆变器进行执行，本轮调节到此结束。

[0106] 3-1)(2016年7月14日11时38分10秒，第三个调节周期)从光伏发电站监控系统获取#1～#5集电线的当前无功值分别为1.29MVar、2.33MVar、1.40MVar、1.12MVar、0.06MVar，SVG的当前无功值为0.44MVar，110kV母线电压为114.29kV；

[0107] 累加所有大于0的集电线无功值总和为6.2MVar，累加所有小于0的集电线无功值绝对值总和为0MVar；

[0108] 3-2)由于SVG的当前无功值为0.44MVar大于0，且累加所有小于0的集电线无功值总和为0，表明没有SVG的无功流向任何集电线，不存在无功环流，本轮不必进行消除环流的无功调节。

[0109] 4)等待下一个调节周期的到来。

[0110] 从上述实施例可以看出，采用了本发明提出的一种消除光伏发电站SVG与集电线无功环流的调节方法以后，从开始执行第一轮调节到无功环流消除共进行2轮调节，需时1分钟。调节前#5集电线与SVG无功出力相反，调节后#5集电线无功转为正值，SVG无功趋向于0，因此无功环流消除的同时SVG的无功调节裕度增大，有利于系统稳定。由于每轮调节都采用等量调节的方法，也就是流入低压母线无功的减少量等于流出低压母线无功的减少量，使得并网点无功汇总以后变化不大。加上SVG单次无功调节量均采用不大于1MVar的调节步长，每次调节的无功量都较小，因此两轮调节期间光伏发电站并网点110kV电压变化较小，总体调节效果较好。