适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制方法和系统与流程

1.本发明涉及光伏发电技术领域，具体涉及适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制方法和系统。


背景技术：

2.目前光伏发电装机容量占总发电量的比例呈现大幅度递增趋势。而随着装机容量的不断增大，大型光伏电站并网面临诸多需要克服的技术难题，其中电压问题尤为突出。
3.面对日益凸显的电压问题，从安全稳定运行的角度考虑，当光伏出力的随机波动性、长距离输电线路的功率损耗或其他电网小扰动造成并网点电压波动时，调节光伏电站无功输出稳定并网点电压；电网发生故障进入暂态过程，导致并网点电压跌落时，光伏电站快速向电网补偿无功以支撑并网点电压恢复。
4.因光伏逆变器一般采用单位功率因数并网，以有功功率为控制目标，早先的电网无功电压调节忽视了光伏逆变器的无功输出能力，其通过在光伏电站主变低压侧配置的无功补偿装置、电容器、调相机、和并联电抗器等几种设备进行调压。
5.其后，研究人员发现光伏并网逆变器具备一定的发出无功能力，为充分利用光伏电站中光伏发电单元的无功容量及其调节能力，将光伏逆变器纳为无功电压调节设备，并要求大型光伏电站的无功电压控制涉及逆变器与无功补偿装置以及各逆变器之间的协调控制，需要根据电网的实际情况，进行无功补偿设计，合理确定无功补偿装置与各逆变器之间的无功分配情况，在经济效益最大化且不影响调压效果的前提下，实现对电网电压的稳定控制。
6.现有的光伏电站无功电压控制基本思想如下所述：首先判断无功缺额是否超过静止无功补偿发生器的调节范围，若未超过，则静止无功补偿发生器承担全部无功缺额，否则各个光伏发电单元承担剩余的无功缺额。以光伏电站并网点电压为控制目标，以降低站内线路损耗为优化原则，结合光伏电站内无功功率的优化分配问题，采用分层无功控制的方法，确保并网点的电压在合理范围之内。
7.其缺点在于优先利用静止无功补偿发生器的调节能力，未能充分利用光伏发电单元的无功调节裕量，造成了一定程度的浪费，并且不利于无功补偿装置留出足够的裕量来应对电网故障时的快速无功补偿需求。以站内线路无功损耗为优化原则来获取各光伏发电单元的无功分配系数，未能充分考虑各光伏发电单元的无功裕量，并且初次分配之后没有验证分配方案是否合理，若不合理，也不能对方案进行修正，造成无功分配不准确现象。
8.目前，尚未有能解决上述缺陷的方案被提出。


技术实现要素：

9.针对现有技术的不足，本发明的目的是提供适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制方法和系统。该方法对无功控制进行了更细致的划分，将光伏电站的并网点状态划分为十一个区域，不同的分区采取不同的无功控制，能够及时有效地将并网点电压控制
在合理范围内。
10.本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
11.本发明提供适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制方法，所述方法包括：
12.基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；
13.根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值；
14.利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出。
15.本发明提供适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制系统，所述系统包括：
16.第一确定模块，用于基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；
17.第二确定模块，用于根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值；
18.调整模块，用于利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出。
19.与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果：
20.本发明提供的技术方案，基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值；利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出。该方案对无功控制进行了更细致的划分，将光伏电站的运行状态划分为多个区域，不同的分区采取不同的无功控制，能够及时有效地将并网点电压控制在合理范围内。
21.本发明提供的技术方案，在光伏电站并网点电压/功率因数发生小波动需要无功补偿时，优先利用光伏发电单元的无功容量及调节能力，减少了无功补偿装置的投入和使用，缩减了成本，同时也可以预留出更多的无功补偿装置调节裕量以应对光伏电站暂态无功控制。
附图说明
22.图1是适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制方法流程图；
23.图2是适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制系统结构图；
24.图3是本发明实施例中某光伏电站的无功控制流程图；
25.图4是本发明实施例中无功分区示意图；
26.图5是本发明实施例中某光伏电站的无功控制系统结构图；
27.图6是本发明实施例中光伏电站的总体无功控制策略图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
29.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
30.实施例1：
31.本发明提供了适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制方法，如图1所示，包括：
32.步骤101，基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；
33.步骤102，根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值；
34.步骤103，利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出。
35.具体的，所述步骤101，包括：
36.当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足或时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区；
37.当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区；
38.当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为2区；
39.当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为3区；
40.当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区；
41.当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区；
42.当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为6区；
43.当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为7区；
44.当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为8区；
45.当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区；
46.当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为10区；
47.其中，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，u
ha
为并网点电压的上限警戒值，u
la
为并网点电压的下限警戒值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时光伏电站并网点的功率因数下限值。
48.具体的，所述步骤102，包括：
49.若光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区、3区或8区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为0；
50.若光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区或2区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为
51.若光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区或6区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为
52.若光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区或7区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为
53.若光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区或10区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为
54.其中，k
p
为pi控制器的比例系数，k
i
为pi控制器的积分系数，p为光伏逆变器并网点的有功注入实测值，q为光伏逆变器并网点的无功注入实测值，s为拉普拉斯算子，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时光伏电站并网点的功率因数下限值。
55.具体的，所述步骤103，包括：
56.步骤103
‑
1，基于光伏电站的无功输出调节量的参考值，确定光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量；
57.步骤103
‑
2，利用光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，确定各光伏发电单元和动态无功补偿设备分别对应的分配量；
58.步骤103
‑
3，基于各光伏发电单元和动态无功补偿设备分别对应的分配量，调整各自所需补偿的无功输出。
59.进一步的，所述光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量的计算式如下：
[0060][0061]
式中，q
ref
为光伏电站的无功输出调节量的参考值，为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量的最大允许值，δq为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分
配量；
[0062]
其中，若q
ref
≥0，则为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总无功补偿裕度，若q
ref
＜0，则为光伏电站中所有光伏发电单元当前对应的总无功输出。
[0063]
进一步的，步骤103
‑
2，包括：
[0064]
若光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量等于光伏电站的无功输出调节量的参考值，则动态无功补偿设备对应的分配量为0；
[0065]
否则，动态无功补偿设备对应的分配量为光伏电站的无功输出调节量的参考值与光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量之间的差值。
[0066]
进一步的，所述步骤103
‑
2，还包括：
[0067]
基于光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，采用考虑调节裕度的比例分配方法，获取各光伏发电单元分别对应的分配量。
[0068]
实施例2：
[0069]
本发明提供了适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制系统，如图2所示，包括：
[0070]
第一确定模块，用于基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；
[0071]
第二确定模块，用于根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值；
[0072]
调整模块，用于利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出。
[0073]
具体的，所述第一确定模块，用于：
[0074]
当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足或时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区；
[0075]
当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区；
[0076]
当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为2区；
[0077]
当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为3区；
[0078]
当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区；
[0079]
当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区；
[0080]
当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为6区；
[0081]
当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足
时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为7区；
[0082]
当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为8区；
[0083]
当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区；
[0084]
当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为10区；
[0085]
其中，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，u
ha
为并网点电压的上限警戒值，u
la
为并网点电压的下限警戒值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时光伏电站并网点的功率因数下限值。
[0086]
具体的，所述第二确定模块，用于：
[0087]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区、3区或8区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为0；
[0088]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区或2区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为
[0089]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区或6区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为
[0090]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区或7区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为
[0091]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区或10区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为
[0092]
其中，k
p
为pi控制器的比例系数，k
i
为pi控制器的积分系数，p为光伏逆变器并网点的有功注入实测值，q为光伏逆变器并网点的无功注入实测值，s为拉普拉斯算子，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时光伏电站并网点的功率因数下限值。
[0093]
具体的，所述调整模块，包括：
[0094]
第一确定单元，用于基于光伏电站的无功输出调节量的参考值，确定光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量；
[0095]
第二确定单元，用于利用光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，确定各光伏发电单元和动态无功补偿设备分别对应的分配量；
[0096]
调整单元，用于基于各光伏发电单元和动态无功补偿设备分别对应的分配量，调整各自所需补偿的无功输出。
[0097]
进一步的，所述光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量的计算式如下：
[0098][0099]
式中，q
ref
为光伏电站的无功输出调节量的参考值，为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量的最大允许值，δq为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量；
[0100]
其中，若q
ref
≥0，则为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总无功补偿裕度，若q
ref
＜0，则为光伏电站中所有光伏发电单元当前对应的总无功输出。
[0101]
进一步的，所述第二确定模块，包括利用光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，确定动态无功补偿设备分别对应的分配量的第一分配子模块，所述第一分配子模块，包括：
[0102]
若光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量等于光伏电站的无功输出调节量的参考值，则动态无功补偿设备对应的分配量为0；
[0103]
否则，动态无功补偿设备对应的分配量为光伏电站的无功输出调节量的参考值与光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量之间的差值。
[0104]
进一步的，所述第二确定模块，包括利用光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，确定各光伏发电单元分别对应的分配量的第二分配子模块，所述第二分配子模块，包括：
[0105]
基于光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，采用考虑调节裕度的比例分配方法，获取各光伏发电单元分别对应的分配量。
[0106]
实施例3：
[0107]
当电网正常运行时，光伏电站的并网点电压可能会出现波动，当电网受到小扰动或电网发生故障进入暂态过程时，光伏电站的并网点电压一定会出现波动，光伏电站的并网点电压波动会对电网的安全稳定运行造成一定的影响，因此需要对电网提供无功补偿，以便将并网点电压维持在合理范围内。
[0108]
当电网正常运行或电网受到小扰动时，某光伏电站采用本发明提供的技术方案对电网进行无功补偿，其控制流程图如图3所示，具体步骤为：
[0109]
步骤1：基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；
[0110]
当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足或则光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区；
[0111]
当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区；
[0112]
当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足
则光伏电站的运行状态所属的无功分区为2区；
[0113]
当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为3区；
[0114]
当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区；
[0115]
当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区；
[0116]
当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为6区；
[0117]
当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为7区；
[0118]
当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为8区；
[0119]
当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区；
[0120]
当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足则光伏电站的运行状态所属的无功分区为10区；
[0121]
其中，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，u
ha
为并网点电压的上限警戒值，u
la
为并网点电压的下限警戒值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时伏电站并网点功率因数下限值。
[0122]
分区示意图如图4所示，从图中可看出该步骤实质上是以并网点电压上、下限，上、下线警戒电压和光伏电站并网点功率因数为边界，将光伏电站的运行状态划分为十一个区域。
[0123]
步骤2：根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值q
ref
；
[0124]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区，则q
ref
＝0；
[0125]
理由为：0区内光伏电站并网点的电压和功率因数均满足要求，光伏电站不需无功输出；
[0126]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区，则
[0127]
理由为：1区内光伏电站的并网点电压高于电网规定的接入点电压上限且此时光伏电站输出感性无功；因此，为了保证电网安全稳定运行，维持并网点电压在合理范围，需减少光伏电站的感性无功输出；
[0128]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为2区，则
[0129]
理由为：光伏电站并网点电压高于电网规定的接入点电压上限，此时光伏电站输出容性无功，因此，为了保证电网安全稳定运行，维持并网点电压在合理范围，增加光伏电站的容性无功输出；
[0130]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为3区，则q
ref
＝0；
[0131]
理由为：光伏电站并网点电压满足电网要求，但已超过上限警戒电压，功率因数不满足，此时光伏电站输出容性无功，为调节光伏电站的功率因数，需减少光伏电站容性无功输出，但是减少光伏电站容性无功输出会造成接入点电压进一步升高，因此不调节光伏电站无功输出；(由于调节功率因数会导致并网点电压越限，所以不调节)；
[0132]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区，则
[0133]
理由为：光伏电站并网点电压满足电网要求，但已超过上限警戒电压，功率因数不满足，此时光伏电站输出感性无功，为调节光伏电站的功率因数，需减少光伏电站感性无功输出，而减少光伏电站感性无功输出不会引起接入点电压的进一步升高，相反会在一定程度上支撑接入点电压，因此减少光伏电站感性无功输出；
[0134]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区，则
[0135]
理由为：光伏电站并网点电压满足电网要求，且均在警戒电压限值内，功率因数不满足，此时光伏电站输出容性无功，为调节光伏电站的功率因数，需减少光伏电站容性无功输出；
[0136]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为6区，则
[0137]
理由为：光伏电站并网点电压满足电网要求，且均在警戒电压限值内，功率因数不满足，此时光伏电站输出感性无功，为调节光伏电站的功率因数，需减少光伏电站感性无功输出；
[0138]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为7区，则
[0139]
理由为：光伏电站并网点电压满足电网要求，但已超过下限警戒电压，功率因数不满足，此时光伏电站输出容性无功，为调节光伏电站的功率因数，需减少光伏电站容性无功输出，而减少光伏电站容性无功输出不会造成接入点电压进一步下降，相反会在一定程度上支撑接入点电压，因此减少光伏电站容性无功输出；
[0140]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为8区，则q
ref
＝0；
[0141]
理由为：光伏电站并网点电压满足电网要求，但已超过下限警戒电压，功率因数不满足，此时光伏电站输出感性无功，为调节光伏电站的功率因数，需减少光伏电站感性无功输出，但减少光伏电站容性无功输出会造成接入点电压进一步下降，因此不调节光伏电站无功输出；
[0142]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区，则
[0143]
理由为：光伏电站并网点电压低于电网规定的接入点电压下限，此时光伏电站输出容性无功，为了保证电网安全稳定运行，维持接入点电压在合理范围，需减少光伏电站容性无功输出；
[0144]
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为10区，则
[0145]
理由为：光伏电站并网点电压低于电网规定的接入点电压下限，此时光伏电站输出感性无功，为了保证电网安全稳定运行，维持接入点电压在合理范围，需增加光伏电站感性无功输出；
[0146]
其中，光伏电站发出感性无功，并网点电压升高，光伏电站发出容性无功，并网点电压降低，电压调节的优先级高于功率因数调节；
[0147]
k
p
为pi控制器的比例系数，k
i
为pi控制器的积分系数，p为光伏逆变器并网点的有功注入实测值，q为光伏逆变器并网点的无功注入实测值，s为拉普拉斯算子。
[0148]
上述无功功率分区综合考虑光伏电站并网点的电压和功率因数，将光伏电站运行状态划分十一个区域，不同的区域采用不同的q
ref
计算方式，系统进行无功调节时，当同时满足电压调节和功率因数调节时，电压调节的优先级高于功率因数调节，即当电压、功率因数均不能达到要求时，要优先保证电压在合理范围内，同时尽量使功率因数合格。
[0149]
步骤3：基于q
ref
，确定光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量δq：
[0150][0151]
式中，为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量的最大允许值，若q
ref
小于0，则为光伏电站中所有光伏发电单元当前对应的总无功输出；
[0152]
若q
ref
大于等于0，则光伏电站中所有光伏发电单元对应的总无功补偿裕度；这里要说明的是各光伏发电单元的无功补偿裕度等于与各光伏发电单元连接的光伏逆变器的无功输出裕度之和；
[0153]
需要注意的是：光伏逆变器的无功输出还受逆变器本身容量限制，当光伏有功出力低于逆变器额定容量时，剩余容量可用来向电网提供无功支撑，调节并网点电压，即由该逆变器输出的无功不能超过剩余容量。
[0154]
步骤4：基于δq采用考虑调节裕量的无功容量比例分配方法，确定光伏电站中各个光伏发电单元对应的分配量；
[0155]
其中，考虑调节裕量的无功容量比例分配方法具体为：
[0156]
假设光伏电站中具有m个在线运行的光伏发电单元，第i个光伏发电单元的无功容量为q
in
，则求取第i个光伏发电单元的初始分配因子k
i
为：
[0157]
k
i
＝q
in
/q
pv
[0158][0159]
式中：q
pv
—光伏电站的总无功容量；
[0160]
利用上述功率分配因子，求取|δq|在第i个光伏发电单元的分配量δq
i
：
[0161]
δq
i
＝k
i
·
|δq|
[0162]
对光伏电站中各光伏发电单元的分配量进行校验；
[0163]
若光伏发电单元的调节裕量小于光伏发电单元的分配量，分配需要修正；否则，分配不需要修正；
[0164]
修正方法具体如下：
[0165]
记不满足的光伏发电单元集合为ω
lack
，其数量为n，则第j个不满足的光伏发电单元的分配量为其调节裕度/当前无功输出δq
′
j
；
[0166]
修正后的ω
lack
集合光伏发电单元的无功功率补偿量分配系数为：
[0167]
k
′
j
＝δq
′
j
/δq j∈ω
lack
[0168]
式中，k
′
j
为修正后的ω
lack
集合第j个光伏发电单元的无功功率补偿量分配系数；
[0169]
其余光伏发电单元的无功功率补偿量分配系数为：
[0170][0171]
式中，k
′
i
为修正后不为ω
lack
集合的第i个光伏发电单元的无功功率补偿量分配系数；
[0172]
经修正后不为ω
lack
集合的各光伏发电单元无功功率的分配量为：
[0173]
δq
′
i
＝k
′
i
·
δq
[0174]
式中，δq
′
i
为修正后不为ω
lack
集合的第i个光伏发电单元的无功功率补偿量分配量；
[0175]
重复执行调节裕量校验和分配修正，直至得到分配后各光伏发电单元分配量不超过各自的调节裕度/当前无功输出；
[0176]
若δq≥0，则|δq|在第i个光伏发电单元的分配量即为δq在第i个光伏发电单元的分配量，否则|δq|在第i个光伏发电单元的分配量的负值即为δq在第i个光伏发电单元的分配量
[0177]
设计光伏电站无功协调控制算法时，应当分考虑光伏发电单元的无功调节裕度，预留尽可能多的无功补偿装置调节裕度以应对光伏电站暂态无功控制，因此光伏发电单元的无功参考值分配算法采用无功容量比例分配方法。
[0178]
步骤5：基于光伏电站中各个光伏发电单元的分配量，调整光伏电站中各个光伏发电单元所需补偿的无功输出。
[0179]
令光伏发电单元的无功输出等于光伏发电单元当前无功输出与光伏发电单元的分配量的加和。
[0180]
当电网正常运行或电网受到小扰动时，若光伏发电单元的总分配量小于光伏电站无功输出调节量的参考值时，光伏逆变器的无功输出不能满足电网电压调节要求，需由无功补偿设备补足余下部分。
[0181]
综上所述，优先利用光伏电站中光伏逆变器的无功输出能力(光伏电站中光伏发电单元的无功补偿裕度)为电网提供无功补偿，若光伏逆变器的无功输出不能满足电网电压调节要求时，再调用光伏电站配置的动态无功补偿装置的无功调节能力，将并网点电压控制在合理范围内。
[0182]
上述控制流程图对应的光伏电站无功控制系统结构图如图5所示，光伏电站无功控制系统可分为无功功率整定层和无功功率分配层；
[0183]
无功功率整定层主要确定光伏电站无功输出调节量的参考值，该环节在以并网点电压和功率因数作为综合判据将运行状态划分为十一个区域的基础上，对各个区域进行无功整定。
[0184]
无功功率分配层将光伏电站无功输出调节量的参考值分配到电站内可用于无功调节的光伏发电单元，若光伏发电单元所提供的无功支撑能够满足电网需求，则无需调节动态无功补偿装置，以留有更多快速无功补偿裕度用于支撑系统故障电网电压恢复，若不足，余下部分由动态无功补偿装置补足。
[0185]
上述方法适用于电网正常运行或电网受到小扰动情况下，当电网发生故障时，上述方法并不适用；
[0186]
下述为电网故障进入暂态过程时的控制策略：由于光伏逆变器参与无功控制需要通过多级通讯实现，具有较长的延时，无法满足暂态无功支撑的要求，为了保证电压尽快恢复，应首先利用光伏电站配置的动态无功补偿装置提供无功支撑，当动态无功补偿装置提供无功输出不能满足电网电压调节要求时，再利用光伏发电单元进行无功补偿。
[0187]
光伏电站并网点电压发生波动时，总体的控制框图如图6所示：
[0188]
首先判断电网是否发生故障进入暂态过程或者称为紧急运行状态(系统电压跌落到额定电压的百分之八十以下即为发生故障)，若不是，基于本发明技术获取q
ref
，当时，由光伏发电单元承担全部无功需求，即q
ref
；当时，将光伏发电单元无功裕量全部投入，即剩余无功需求量由动态无功补偿装置提供。
[0189]
若是，由于光伏发电单元参与无功控制需要通过多级通讯实现，具有较长的延时，无法满足暂态无功支撑的要求，为了保证电压尽快恢复，应首先利用光伏电站配置的动态无功补偿装置提供无功支撑。此时，采用常规方法获取q
ref
，时，由无功补偿装置提供全部无功q
ref
，时，无功补偿装置投入剩余无功需求量由光伏发电单元承担。
[0190]
其中，—无功补偿装置无功输出最大值，为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量的最大允许值。
[0191]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0192]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0193]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0194]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0195]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制方法，其特征在于，所述方法包括：基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值；利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区，包括：当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足或时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区；当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区；当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为2区；当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为3区；当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区；当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区；当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为6区；当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为7区；当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为8区；当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区；当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为10区；其中，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，u
ha
为并网点电压的上限警戒值，u
la
为并网点电压的下限警戒值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时光伏电站并网点的功率因数下限值。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值，包括：
若光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区、3区或8区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为0；若光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区或2区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为若光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区或6区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为若光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区或7区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为若光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区或10区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为其中，k
p
为pi控制器的比例系数，k
i
为pi控制器的积分系数，p为光伏逆变器并网点的有功注入实测值，q为光伏逆变器并网点的无功注入实测值，s为拉普拉斯算子，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时光伏电站并网点的功率因数下限值。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中各光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出，包括：基于光伏电站的无功输出调节量的参考值，确定光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量；利用光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，确定各光伏发电单元和动态无功补偿设备分别对应的分配量；基于各光伏发电单元和动态无功补偿设备分别对应的分配量，调整各自所需补偿的无功输出。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量的计算式如下：式中，q
ref
为光伏电站的无功输出调节量的参考值，为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量的最大允许值，δq为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量；其中，若q
ref
≥0，则为光伏电站中所有光伏发电单元对应的总无功补偿裕度，若q
ref
＜0，则为光伏电站中所有光伏发电单元当前对应的总无功输出。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，利用光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，确定动态无功补偿设备分别对应的分配量，包括：若光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量等于光伏电站的无功输出调节量的参考值，则动态无功补偿设备对应的分配量为0；否则，动态无功补偿设备对应的分配量为光伏电站的无功输出调节量的参考值与光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量之间的差值。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，利用光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，确定各光伏发电单元分别对应的分配量，包括：基于光伏电站中所有光伏发电单元对应的总分配量，采用考虑调节裕度的比例分配方法，获取各光伏发电单元分别对应的分配量。8.适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制系统，其特征在于，所述系统包括：第一确定模块，用于基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；第二确定模块，用于根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值；调整模块，用于利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出。9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第一确定模块，用于：当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足或时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区；当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区；当光伏电站并网点电压u满足u≥u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为2区；当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为3区；当光伏电站并网点电压u满足u
ha
＜u＜u
max
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区；当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区；当光伏电站并网点电压u满足u
la
≤u≤u
ha
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为6区；当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为7区；当光伏电站并网点电压u满足u
min
＜u＜u
la
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为8区；
当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区；当光伏电站并网点电压u满足u≤u
min
且光伏电站并网点功率因数满足时，光伏电站的运行状态所属的无功分区为10区；其中，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，u
ha
为并网点电压的上限警戒值，u
la
为并网点电压的下限警戒值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时光伏电站并网点的功率因数下限值。10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二确定模块，用于：若光伏电站的运行状态所属的无功分区为0区、3区或8区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为0；若光伏电站的运行状态所属的无功分区为1区或2区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为若光伏电站的运行状态所属的无功分区为4区或6区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为若光伏电站的运行状态所属的无功分区为5区或7区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为若光伏电站的运行状态所属的无功分区为9区或10区时，则光伏电站的无功输出调节量的参考值为其中，k
p
为pi控制器的比例系数，k
i
为pi控制器的积分系数，p为光伏逆变器并网点的有功注入实测值，q为光伏逆变器并网点的无功注入实测值，s为拉普拉斯算子，u
max
为电网规定的并网点电压上限值，u
min
为电网规定的并网点电压下限值，为输出容性无功时光伏电站并网点的功率因数上限值，为输出感性无功时光伏电站并网点的功率因数下限值。
技术总结
本发明涉及适用于电网小扰动时的光伏电站无功输出控制方法和系统，包括：基于光伏电站并网点的电压和功率因数，确定光伏电站的运行状态所属的无功分区；根据光伏电站的运行状态所属的无功分区，确定光伏电站的无功输出调节量的参考值；利用光伏电站的无功输出调节量的参考值，调整光伏电站中光伏发电单元和动态无功补偿设备所需补偿的无功输出。本发明提供的技术方案，对无功控制进行了更细致的划分，将光伏电站的并网点状态划分为十一个区域，不同的分区采取不同的无功控制，能够及时有效地将并网点电压控制在合理范围内。将并网点电压控制在合理范围内。将并网点电压控制在合理范围内。


技术研发人员：华光辉 焦龙 杨慧彪 汪春 栗峰 张爽 胡汝伟 孙大伟 梁剑 任勇 丁茂生 许晓慧 赫卫国 孔爱良 丁明珠 史林军
受保护的技术使用者：国网宁夏电力有限公司电力科学研究院 国网宁夏电力有限公司 国家电网有限公司
技术研发日：2021.03.02
技术公布日：2021/6/29