一种发电系统无功控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种发电系统无功控制方法，利用对应于发电系统内各发电单元的无功指令控制该发电单元的无功输出，无功指令包括系统分派无功指令分量和单元特定无功指令分量之和；系统分派无功指令分量根据发电场为稳定公共连接点电压水平所需系统总无功指令分解至发电场内无功补偿装置及各发电单元确定；单元特定无功指令分量根据发电单元对应的前级等效阻抗、发电单元的输出功率、端口电压、单元特定无功支持系数和无功限幅值确定。本发明专利技术充分利用发电单元无功输出能力，降低发电场无功控制系统成本；实现发电场分层、分区无功补偿；大大提升各节点无功控制精度，有效消除发电场内整体和局部无功过补或欠补现象。

【技术实现步骤摘要】
一种发电系统无功控制方法
本专利技术涉及一种对风电场、光伏场等分布式发电系统进行无功控制的方法。
技术介绍
随着风电场、光伏场等分布式发电系统的迅速发展，分布式发电系统对电网稳定性的影响、对电网的适应性等系统级问题日益受到关注，其中，无功控制方法是分布式发电系统控制中倍受关注的问题。相对于传统的发电系统(如水电厂、火电厂)，分布式发电系统一般具有明显的分布式、波动性的特点，与传统的水电厂、火电厂发电系统比较，其无功控制方法要复杂和困难得多。如图1所示，分布式发电系统通常具有如下典型的分布式结构：分布式发电系统与外部主电网相连的一般是110kV或220kV高压母线(即发电场的公共连接点PCC)，发电场内的主变压器将高压母线变换为35kV或10kV中压母线。发电场内通常设置多条汇集线，将各发电单元组连接至中压母线。各发电单元组包含若干发电单元(如风力发电机组，光伏发电单元等)，由于物理分布的原因，各汇集线的总长度可能不同，各发电单元的接入位置也存在差异。各发电单元通常设置箱式变压器，用于将汇集线电压变换为与发电单元适配的低压母线(通常为270V、320V、690V等)。为了提升发电场的电压稳定性，通常在主变压器副边的中压母线上配置集中的无功补偿装置SVC或SVG等。分布式发电系统的无功控制目前尚处于起步阶段，多数采用人工控制或如下简单分配的控制方法：分布式发电场一般将电网调度部门下发的公共连接点(PCC)的目标电压作为生成发电场整体无功给定的依据，再根据此无功给定优先投切或调节发电场内的无功补偿装置(如SVC、SVG等)；当无功补偿装置容量不足时，将无功差额进行平均分配或者依据各发电单元的无功能力进行分配等简单分配方式分摊到各发电单元。现有分布式发电系统的无功控制方法存在如下缺陷：1、发电场无功控制系统的自动化程度低、投资成本高。现有无功控制方法一般优先利用集中的无功补偿装置，当无功补偿装置容量不足时，只能将无功差额进行简单分配至各发电单元，难于充分利用发电单元的无功能力，从而需增大发电场无功补偿装置的容量，造成发电场无功控制系统投资成本的增加。2、现有无功控制方法难于实现在稳定发电场公共连接点PCC电压水平的同时，稳定各发电单元的端口电压。现有无功控制方法的主要目标在于稳定发电场公共连接点PCC的电压水平，但是容易造成发电场整体和局部无功过补或欠补现象，即使在公共连接点PCC的电压水平正常的情况下，由于发电场内配电器件及汇集线路的阻抗较大，各发电单元的端口电压仍可能出现异常，并在控制上引发系统稳定性的下降。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种发电系统无功控制方法，克服现有发电系统无功控制方法使得无功控制系统自动化程度低、投资成本高、难于实现在稳定发电场公共连接点PCC电压水平的同时稳定各发电单元端口电压的缺陷。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种发电系统无功控制方法，利用对应于发电系统内各发电单元的无功指令控制该发电单元的无功输出，其特征在于，所述无功指令包括系统分派无功指令分量和单元特定无功指令分量之和；其中：所述系统分派无功指令分量根据发电场为稳定公共连接点的电压水平所需系统总无功指令分解至发电场内的无功补偿装置及各发电单元确定；所述单元特定无功指令分量根据所述发电单元对应的前级等效阻抗、发电单元的输出功率、端口电压、单元无功支持系数和无功限幅值确定。在本专利技术的发电系统无功控制方法中，所述前级等效阻抗为从公共连接点的高压母线至发电单元之前的所有配电器件及汇集线路的等效阻抗，或所述前级等效阻抗为从主变压器的副边的中压母线至发电单元之前的所有配电器件及汇集线路的等效阻抗。在本专利技术的发电系统无功控制方法中，所述系统分派无功指令分量为其中，Qcmd_pcc为系统总无功指令，Qcomp_pcc为发电场内无功补偿装置的可用容量，N为实际运行的发电单元数量。在本专利技术的发电系统无功控制方法中，采用比例调节法生成发电场基本总无功功率指令：Qcmd_pcc_raw＝kp(Vcmd_pcc-Vpcc)或采用比例-积分调节法生成发电场基本总无功功率指令：其中，Vcmd_pcc为系统公共连接点的目标电压，Vpcc为系统公共连接点的实际电压，kp为比例调节系数，ki为积分调节系数，s为拉普拉斯变换算子；根据发电系统的无功能力，对上述基本总无功功率指令进行上、下限幅处理，获得发电场总无功功率指令：Qcmd_pcc＝Limit(Qcmd_pcc_raw)各发电单元的所述系统分派无功指令分量为：其中，N为实际运行的发电单元数量，Kc1为系统分派无功支持系数，默认值为0≤Kc1≤1，Kc1可取常数，也可以是根据发电单元的运行状态动态调整的变量。在本专利技术的发电系统无功控制方法中，所述发电单元对应的前级等效阻抗采用前端串联阻抗X1、并联阻抗Xm、后端串联阻抗X2构成的T型阻抗网络等效，所述单元特定无功指令分量为其中，Q0为前级并联阻抗Xm引发的无功消耗，Q1为前级合成串联阻抗XT引发的无功消耗，Vs为发电单元端口电压，P为发电单元当前实际输出功率，Kc20,Kc21分别为针对并联阻抗和串联阻抗的单元特定无功支持系数，XT为合成串联阻抗，0≤Kc20≤1，0≤Kc21≤1，Kc20、Kc21不同时为零；XT＝X1+X2。在本专利技术的发电系统无功控制方法中，所述发电单元对应的前级等效阻抗采用前端串联阻抗X1、并联阻抗Xm、后端串联阻抗X2构成的T型阻抗网络等效，所述单元特定无功指令分量为其中，Q1为前级合成串联阻抗XT引发的无功消耗，Vs为发电单元端口电压，P为发电单元当前实际输出功率，Kc21为针对串联阻抗的单元无功支持系数，XT为合成串联阻抗，0<Kc21≤1，XT＝X1+X2。实施本专利技术的发电系统无功控制方法，与现有技术比较，其有益效果是：1.提升无功控制系统的自动化程度，能够充分利用发电单元本身的无功输出能力，降低发电场在无功控制系统上的投资成本；2.在风电场、光伏场等分布式发电系统中，兼顾了稳定公共连接点PCC电压水平及提升发电场内部各发电单元端口电压控制稳定性的要求，在发电场内实现了分层、分区的无功补偿；3.对于各发电单元物理布局差异较大的场合，由于各发电单元采用了较为准确的前级等效阻抗来分别计算其单元特定无功指令分量，各节点无功控制的精度大大提升，可有效消除发电场内整体和局部的无功过补或欠补现象。附图说明图1是分布式发电系统的典型结构图。图2是分布式发电单元的简化电路原理图。图3是添加单元特定无功指令分量前的电压相量关系图。图4是本专利技术发电系统无功控制方法中系统分派无功指令分量的等效原理图。图5是本专利技术发电系统无功控制方法中系统分派无功指令分量、单元特定无功指令分量的等效原理图。图6是本专利技术发电系统无功控制方法中实现单元特定无功指令分量后发电单元的端口电压与前级等效阻抗上产生的电压降的相量关系图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术的发电系统无功控制方法是利用对应于发电系统内各发电单元的无功指令控制该发电单元的无功输出，无功指令包括系统分派无功指令分量和单元特定无功指令分量之和。其中，系统分派无功指令分量和单元特定无功指令分量均可由发电系统的控制系统产生，也可其中一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发电系统无功控制方法，利用对应于发电系统内各发电单元的无功指令控制该发电单元的无功输出，其特征在于，所述无功指令包括系统分派无功指令分量和单元特定无功指令分量之和；其中：所述系统分派无功指令分量根据发电场为稳定公共连接点的电压水平所需系统总无功指令分解至发电场内的无功补偿装置及各发电单元确定；所述单元特定无功指令分量根据所述发电单元对应的前级等效阻抗、发电单元的输出功率、端口电压、单元无功支持系数和无功限幅值确定。

【技术特征摘要】
1.一种发电系统无功控制方法，利用对应于发电系统内各发电单元的无功指令控制该发电单元的无功输出，其特征在于，所述无功指令包括系统分派无功指令分量和单元特定无功指令分量之和；其中：所述系统分派无功指令分量根据发电场为稳定公共连接点的电压水平所需系统总无功指令分解至发电场内的无功补偿装置及各发电单元确定；所述单元特定无功指令分量根据所述发电单元对应的前级等效阻抗、发电单元的输出功率、端口电压、单元无功支持系数和无功限幅值确定。2.如权利要求1所述的发电系统无功控制方法，其特征在于，所述前级等效阻抗为从公共连接点的高压母线至发电单元之前的所有配电器件及汇集线路的等效阻抗，或所述前级等效阻抗为从主变压器的副边的中压母线至发电单元之前的所有配电器件及汇集线路的等效阻抗。3.如权利要求2所述的发电系统无功控制方法，其特征在于，所述系统分派无功指令分量为其中，Qcmd_pcc为系统总无功指令，Qcomp_pcc为发电场内无功补偿装置的可用容量，N为实际运行的发电单元数量。4.如权利要求2所述的发电系统无功控制方法，其特征在于，采用比例调节法生成发电场基本总无功功率指令：Qcmd_pcc_raw＝kp(Vcmd_pcc-Vpcc)或采用比例-积分调节法生成发电场基本总无功功率指令：其中，Vcmd_pcc为系统公共连接点的目标电压，Vpcc为系统公共连接点的实际电压，kp为比例调节系数，ki为积分调节系数，s为拉普拉斯...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩玉，周党生，盛小军，
申请(专利权)人：深圳市长昊机电有限公司，
类型：发明
国别省市：