一种光伏电站SVG与离散无功补偿设备的协调控制方法与流程

一种光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法
技术领域
1.本发明涉及电网控制的技术领域，更具体地，涉及一种光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法。


背景技术：

2.在新型电力系统建设的不断推动下，高比例新能源发电接入配电网，光伏发电是其中具有代表性的类型。光伏发电具有的间歇性和波动性给配电网的稳定运行带来巨大的挑战，保证光伏电站并网点电压平稳，对电网和光伏电站的可靠运行都具有重要的意义。传统情况下，光伏电站会配置合适容量的无功补偿设备以进行电压调控，其中，一种较为经济的配置方式是将svg和电容器、电抗器等离散设备混合配置，通过离散设备来补偿变化较慢的、需求量较大的无功功率，通过svg快速补偿变化快、需求量较小的无功功率。然而，离散设备的调节次数有限，频繁调节对设备使用寿命有直接的影响，因此，如何协调控制svg和离散设备成为一个关键的问题，特别是在光伏电站出力具有强随机性的背景下。
3.svg和离散设备的协调控制主要有两种方式，一种方式是“离散设备优先动作、连续设备精细调节”的规则式控制方式，这种方式可以保留svg的调节裕度，但是在随机性明显的潮流下可能会造成离散设备的频繁动作；另一种方式是建立数学优化模型，在模型中考虑离散设备动作带来的成本，这种方式可以兼顾多个方面的目标，但计算困难，实用性差。现有技术中提出了一种svg和固定无功补偿设备的协调控制方法，通过对变电站内的多台svg、电容器组和电抗器组等无功设备进行综合协调自动控制，满足电压无功调节要求的同时减小电容器组和电抗器组的投切次数，但是该方案不能很好地适应光伏发电的随机波动，导致设备投切次数增加，浪费设备动作成本。


技术实现要素：

4.为解决当前光伏发电随机波动导致离散设备频繁投切，浪费设备动作成本的问题，本发明提出一种光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，以晴天光伏发电曲线作为基准值，预测当前控制周期光伏发电的平稳部分并制定光伏电站电容器、电抗器的投切计划，避免了离散设备因光伏发电随机波动导致的频繁投切问题，计算简单，实用性强。
5.为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
6.一种光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，包括：
7.s1.采集配电网的网架参数和历史运行数据；
8.s2.基于配电网的网架参数和历史运行数据，获得距离当前日期最近一天的晴天光伏发电有功曲线p
*pv
(t)；
9.s3.设置离散无功补偿设备调控周期δt和光伏电站的并网点电压目标曲线v
set
(t)；
10.s4.获取当前时刻及前δt个采集时刻的光伏发电有功功率，并基于配电网的网架
参数、历史运行数据和p
*pv
(t)，制定当前调控周期内离散设备的投切计划，所述光伏发电有功功率通过光伏电站的数据采集监测系统获取；
11.s5.在当前调控周期内执行投切计划，通过调节无功补偿量使得光伏电站并网点的电压等于当前时刻在v
set
(t)中的电压目标；
12.s6.等候δt个采集时刻，返回步骤s4。
13.本技术方案以晴天光伏发电曲线作为基准值，预测当前控制周期光伏发电的平稳部分并制定光伏电站电容器、电抗器的投切计划，通过调节无功补偿量使得光伏电站并网点的电压等于电压目标，实现了svg和离散无功补偿设备的协调控制，避免了离散设备因光伏发电随机波动导致的频繁投切问题。
14.优选地，在步骤s1中，所述网架参数包括：负荷节点集合l；光伏电站的接入位置；光伏电站的容量s
pv
；电容器单组容量qc和组数nc，电抗器单组容量q1和组数n1；节点连接关系；线路电阻；线路电抗。
15.优选地，在步骤s1中，所述历史运行数据包括：前一天的配电网网架首端电压曲线v
’1(t)，其中，t∈1～m，m为一天的采集次数；前一天的负荷有功曲线p’li
(t)、无功曲线q’li
(t)，其中，i∈l；前d天的光伏发电有功曲线p
′
pv
(t，x)，其中，x∈1～d。
16.优选地，步骤s2包括以下步骤：
17.s21.设置二阶差分上限δδp
′
pv.max
和高峰出力下限p
′
pv.min
，设置公式如下：
18.δδp
′
pv.max
＝as
pv
19.p
′
pv.min
＝bs
pv
20.其中，a和b为小于1的常数；
21.s22.计算前d天中每一天的光伏发电有功曲线p
′
pv
(t，x)的二阶差分δδp
′
pv
(t，x)，计算公式如下：
22.δδp
′
pv
(t，x)＝[p
′
pv
(t，x)-p
′
pv
(t-1，x)]-[p
′
pv
(t-1，x)-p
′
pv
(t-2，x)]
[0023]
其中，t＞2；
[0024]
s23.在满足max(δδp
′
pv
(t，x))＜δδp
′
pv.max
且max(p
′
pv
(t，x))＞p
′
pv.min
的天数中，选取距离当前日期最近的一天，其光伏发电有功曲线即为晴天光伏发电有功曲线p
*pv
(t)。
[0025]
优选地，步骤s4包括以下步骤：
[0026]
s41.通过光伏电站的数据采集监测系统获取当前时刻t0以及前δt个采集时刻的光伏发电有功功率p
pvp
(t
0-δt)～p
pvp
(t
0-1)；
[0027]
s42.预测光伏发电在t
′
＝t0～t0+δt-1时段有功功率的平稳部分p
pv
(t
′
)：
[0028][0029]
s43.令t＝t0；
[0030]
s44.根据光伏电站的接入位置、配电网的节点连接关系、线路电阻和线路电抗构建配电网潮流计算模型，将v
’1(t’)、p’li
(t’)、q’li
(t’)、p
pv
(t’)、v
set
(t’)代入配电网潮流
计算模型，获取使并网点电压等于v
set
(t’)所需注入电网的无功补偿量；
[0031]
s45.根据所需注入电网的无功补偿量，计算t’时刻的光伏电站电抗器投入组数和光伏电站电容器投入组数；
[0032]
s46.令t’＝t’+1，判断t’是否大于t0+δt-1，若是，则结束，否则，返回步骤s44。
[0033]
优选地，在步骤s44中，在配电网潮流计算模型中，利用牛顿拉夫逊算法迭代求解配电网潮流计算模型，以获取使并网点电压等于v
set
(t’)所需注入电网的无功补偿量。
[0034]
优选地，在步骤s45中，计算光伏电站电抗器投入组数的过程为：
[0035]
若所需注入电网的无功补偿量大于等于0，则令t’时刻的光伏电站电抗器投入组数为0；
[0036]
若所需注入电网的无功补偿量小于0，令无功补偿量除以q1并向下取整，若取整结果不大于n1，则令t’时刻的光伏电站电抗器投入组数为取整结果，否则，令t’时刻的光伏电站电抗器投入组数为n1。
[0037]
优选地，在步骤s45中，计算光伏电站电容器投入组数的过程为：
[0038]
若所需注入电网的无功补偿量小于等于0，则令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为0；
[0039]
若所需注入电网的无功补偿量大于0，令无功补偿量除以qc并向下取整，若取整结果不大于nc，则令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为取整结果，否则，令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为nc。
[0040]
优选地，在步骤s5中，svg采用恒电压模式。
[0041]
优选地，在步骤s5中，调节无功补偿量的具体过程为：通过svg的控制器监测并网点电压，将并网点电压v
pv
与v
set
(t’)对比，并采用闭环控制产生调节svg的桥式全控电路的控制信号，进而调节无功输出量，使得并网点电压v
pv
等于v
set
(t’)。
[0042]
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
[0043]
本发明提出一种光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，以晴天光伏发电曲线作为基准值，预测当前控制周期光伏发电的平稳部分，并以此制定光伏电站电容器、电抗器的投切计划，避免离散无功补偿设备因光伏发电随机波动导致的频繁投切问题，实现了svg和离散无功补偿设备的协调控制，使离散无功补偿设备来补偿变化较慢的无功功率需求，svg快速补偿变化快、具有反复性的无功功率需求，且不涉及复杂的优化计算，实用性强，尤其适用于计算资源受限的配电网区域。
附图说明
[0044]
图1表示本发明实施例1中提出的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法流程示意图；
[0045]
图2表示本发明实施例3中提出的光伏电站有功曲线对比图；
[0046]
图3表示本发明实施例3中提出的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法与“离散设备优先动作、连续设备精细调节”方法控制效果图对比图。
具体实施方式
[0047]
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0048]
为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸；
[0049]
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的。
[0050]
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
[0051]
附图中描述位置关系的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0052]
实施例1
[0053]
如图1所示，本实施例提出一种光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，包括以下步骤：
[0054]
s1.采集配电网的网架参数和历史运行数据；
[0055]
所述网架参数包括：负荷节点集合l；光伏电站的接入位置；光伏电站的容量s
pv
；电容器单组容量qc和组数nc，电抗器单组容量q1和组数n1；节点连接关系；线路电阻；线路电抗；
[0056]
所述历史运行数据包括：前一天的配电网网架首端电压曲线v
’1(t)，其中，t∈1～m，m为一天的采集次数；前一天的负荷有功曲线p’li
(t)、无功曲线q’li
(t)，其中，i∈l；前d天的光伏发电有功曲线p
′
pv
(t，x)，其中，x∈1～d。
[0057]
s2.基于配电网的网架参数和历史运行数据，获得距离当前日期最近一天的晴天光伏发电有功曲线p
*pv
(t)；
[0058]
s21.设置二阶差分上限δδp
′
pv.max
和高峰出力下限p
′
pv.min
，设置公式如下：
[0059]
δδp
′
pv.max
＝as
pv
[0060]
p
′
pv.min
＝bs
pv
[0061]
其中，a和b为小于1的常数；
[0062]
s22.计算前d天中每一天的光伏发电有功曲线p
′
pv
(t，x)的二阶差分δδp
′
pv
(t，x)，计算公式如下：
[0063]
δδp
′
pv
(t，x)＝[p
′
pv
(t，x)-p
′
pv
(t-1，x)]-[p
′
pv
(t-1，x)-p
′
pv
(t-2，x)]
[0064]
其中，t＞2；
[0065]
s23.在满足max(δδp
′
pv
(t，x))＜δδp
′
pv.max
且max(p
′
pv
(t，x))＞p
′
pv.min
的天数中，选取距离当前日期最近的一天，其光伏发电有功曲线即为晴天光伏发电有功曲线p
*pv
(t)。
[0066]
s3.设置离散无功补偿设备调控周期δt和光伏电站的并网点电压目标曲线v
set
(t)；
[0067]
s4.获取当前时刻及前δt个采集时刻的光伏发电有功功率，并基于配电网的网架参数、历史运行数据和p
*pv
(t)，制定当前调控周期内离散设备的投切计划。
[0068]
s5.在当前调控周期内执行投切计划，通过调节无功补偿量使得光伏电站并网点的电压等于当前时刻在v
set
(t)中的电压目标；
[0069]
svg采用恒压模式，通过svg的控制器监测并网点电压，将并网点电压v
pv
与v
set
(t’)对比，并采用闭环控制产生调节svg的桥式全控电路的控制信号，进而调节无功输出量，使得并网点电压v
pv
等于v
set
(t’)。
[0070]
s6.等候δt个采集时刻，返回步骤s4。
[0071]
实施例2
[0072]
基于实施例1，制定当前调控周期内离散设备的投切计划的过程如下：
[0073]
sa.获取当前采集时刻t0以及前δt个采集时刻的光伏发电有功功率p
pv
(t
0-δt)～p
pv
(t
0-1)；
[0074]
sb.预测光伏发电在t
′
＝t0～t0+δt-1时段有功功率的平稳部分p
pv
(t
′
)：
[0075][0076]
sc.令t＝t0；
[0077]
sd.根据光伏电站的接入位置、配电网的节点连接关系、线路电阻和线路电抗构建配电网潮流计算模型，将v
’1(t’)、p’li
(t’)、q’li
(t’)、p
pv
(t’)、v
set
(t’)代入配电网潮流计算模型，获取使并网点电压等于v
set
(t’)所需注入电网的无功补偿量；
[0078]
sd01.将配电网网架首端设置为平衡节点，节点电压设置为v
’1(t’)；将光伏电站并网点设置为pv类型的节点，节点有功功率设置为p
pv
(t’)，节点电压设置为v
set
(t’)；将负荷节点设置为pq类型的节点，节点有功功率、无功功率设置为p’li
(t’)、q’li
(t’)；
[0079]
sd02.将步骤sd01的条件输入到配电网潮流计算模型中，利用牛顿拉夫逊算法迭代求解，当算法收敛时，求得从并网点注入电网的无功补偿量，即为并网点电压等于v
set
(t’)所需注入电网的无功补偿量；
[0080]
se.根据所需注入电网的无功补偿量，计算t时刻的光伏电站电抗器投入组数和光伏电站电容器投入组数；
[0081]
若无功量大于0，则令t’时刻的光伏电站电抗器投入组数为0；令无功量除以qc并向下取整，若取整结果不大于nc，则令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为取整结果，否则令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为nc；
[0082]
若无功量小于0，则令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为0，并且令无功量除以q1并向下取整，如果取整结果不大于n1，则令t时刻的光伏电站电抗器投入组数为取整结果，否则令t’时刻的光伏电站电抗器投入组数为n1；
[0083]
sf.令t’＝t’+1，判断t是否大于t0+δt-1，若是，则结束，否则，返回步骤sd。
[0084]
实施例3
[0085]
在本算例中，光伏电站配置的svg容量q
svg
＝500kvar，s
pv
＝5mw，qc＝200kvar，nc＝3，q1＝200kvar，n1＝1；设置a＝0.01，b＝0.7，获得距离当天最近的晴天光伏发电有功曲线p
*pv
(t)，p
*pv
(t)与当天实际出力的光伏发电有功曲线对比如图2所示。
[0086]
设置调控周期为8个时刻数，v
set
(t)为1.02，以49～56个时刻数的控制周期为例，预测光伏发电有功功率的平稳部分为[3.30，3.27，3.26，3.23，3.19，3.09，3.02，2.88]，最终的控制结果如图3所示，可见在该控制周期中，电容器只需增加投入1组即可，波动明显的部分由svg负责调节。
[0087]
作为对比，图3还给出现有常规技术“离散设备优先动作、连续设备精细调节”的方法在相同条件下的调控结果，可以看出，为了适应光伏发电的波动性，电容器进行了总共7次投切操作，离散设备频繁投切，浪费了设备动作成本，对离散设备带来不良的影响。
[0088]
显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1.采集配电网的网架参数和历史运行数据；s2.基于配电网的网架参数和历史运行数据，获得距离当前日期最近一天的晴天光伏发电有功曲线p
*pv
(t)；s3.设置离散无功补偿设备调控周期δt和光伏电站的并网点电压目标曲线v
set
(t)；s4.获取当前时刻及前δt个采集时刻的光伏发电有功功率，并基于配电网的网架参数、历史运行数据和p
*pv
(t)，制定当前调控周期内离散设备的投切计划；s5.在当前调控周期内执行投切计划，通过调节无功补偿量使得光伏电站并网点的电压等于当前时刻在v
set
(t)中的电压目标；s6.等候δt个采集时刻，返回步骤s4。2.根据权利要求1所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，在步骤s1中，所述网架参数包括：负荷节点集合l；光伏电站的接入位置；光伏电站的容量s
pv
；电容器单组容量q
c
和组数n
c
，电抗器单组容量q1和组数n1；节点连接关系；线路电阻；线路电抗。3.根据权利要求1所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，在步骤s1中，所述历史运行数据包括：前一天的配电网网架首端电压曲线v
’1(t)，其中，t∈1～m，m为一天的采集次数；前一天的负荷有功曲线p’li
(t)、无功曲线q’li
(t)，其中，i∈l；前d天的光伏发电有功曲线p
′
pv
(t，x)，其中，x∈1～d。4.根据权利要求3所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，步骤s2包括以下步骤：s21.设置二阶差分上限δδp
′
pv.max
和高峰出力下限p
′
pv.min
，设置公式如下：δδp
′
pv.max
＝as
pv
p
′
pv.min
＝bs
pv
其中，a和b为小于1的常数；s22.计算前d天中每一天的光伏发电有功曲线p
′
pv
(t，x)的二阶差分δδp
′
pv
(t，x)，计算公式如下：δδp
′
pv
(t，x)＝[p
′
pv
(t，x)-p
′
pv
(t-1，x)]-[p
′
pv
(t-1，x)-p
′
pv
(t-2，x)]其中，t＞2；s23.在满足max(δδp
′
pv
(t，x))＜δδp
′
pv.max
且max(p
′
pv
(t，x))＞p
′
pv.min
的天数中，选取距离当前日期最近的一天，其光伏发电有功曲线即为晴天光伏发电有功曲线p
*pv
(t)。5.根据权利要求4所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，步骤s4包括以下步骤：s41.获取当前采集时刻t0以及前δt个采集时刻的光伏发电有功功率p
pv
(t
0-δt)～p
pv
(t0-1)；s42.预测光伏发电在t
′
＝t0～t0+δt-1时段有功功率的平稳部分p
pv
(t
′
)：
s43.令t’＝t0；s44.根据光伏电站的接入位置、配电网的节点连接关系、线路电阻和线路电抗构建配电网潮流计算模型，将v
’1(t’)、p’li
(t’)、q’li
(t’)、p
pv
(t’)、v
set
(t’)代入配电网潮流计算模型，获取使并网点电压等于v
set
(t’)所需注入电网的无功补偿量；s45.根据所需注入电网的无功补偿量，计算t’时刻的光伏电站电抗器投入组数和光伏电站电容器投入组数；s46.令t’＝t’+1，判断t’是否大于t0+δt-1，若是，则结束，否则，返回步骤s44。6.根据权利要求5所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，在步骤s44中，利用牛顿拉夫逊算法迭代求解配电网潮流计算模型，以获取使并网点电压等于v
set
(t’)所需注入电网的无功补偿量。7.根据权利要求5所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，在步骤s45中，计算光伏电站电抗器投入组数的过程为：若所需注入电网的无功补偿量大于等于0，则令t’时刻的光伏电站电抗器投入组数为0；若所需注入电网的无功补偿量小于0，令无功补偿量除以q1并向下取整，若取整结果不大于n1，则令t’时刻的光伏电站电抗器投入组数为取整结果，否则，令t’时刻的光伏电站电抗器投入组数为n1。8.根据权利要求5所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，在步骤s45中，计算光伏电站电容器投入组数的过程为：若所需注入电网的无功补偿量小于等于0，则令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为0；若所需注入电网的无功补偿量大于0，令无功补偿量除以q
c
并向下取整，若取整结果不大于n
c
，则令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为取整结果，否则，令t’时刻的光伏电站电容器投入组数为n
c
。9.根据权利要求1所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，在步骤s5中，svg采用恒电压模式。10.根据权利要求9所述的光伏电站svg与离散无功补偿设备的协调控制方法，其特征在于，在步骤s5中，调节无功补偿量的具体过程为：通过svg的控制器监测并网点电压，将并网点电压v
pv
与v
set
(t’)对比，并采用闭环控制产生调节svg的桥式全控电路的控制信号，进而调节无功输出量，使得并网点电压v
pv
等于v
set
(t’)。

技术总结
本发明提出一种光伏电站SVG与离散无功补偿设备的协调控制方法，涉及电网控制的技术领域，以晴天光伏发电曲线作为基准值，预测当前控制周期光伏发电的平稳部分，并以此制定光伏电站电容器、电抗器的投切计划，避免离散无功补偿设备因光伏发电随机波动导致的频繁投切问题，实现了SVG和离散无功补偿设备的协调控制，使离散无功补偿设备来补偿变化较慢的无功功率需求，SVG快速补偿变化快、具有反复性的无功功率需求，且不涉及复杂的优化计算，实用性强，尤其适用于计算资源受限的配电网区域。尤其适用于计算资源受限的配电网区域。尤其适用于计算资源受限的配电网区域。


技术研发人员：郑海兴 李达 吴潮辉 姜鹤 张剑锐 何智康 龙慧 肖雷
受保护的技术使用者：南方电网综合能源股份有限公司
技术研发日：2023.03.07
技术公布日：2023/7/21