一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法与流程

1.本发明属于电力系统调度自动化技术领域，尤其涉及一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法。

背景技术：

2.明确不同运行状态下光伏电场的无功调节能力，不仅能够为区域电网电压无功协调优化提供数据支撑，还能在此基础上设定确切可行的光伏电场无功运行要求，有助于提高并网光伏电场的无功控制管理水平。现有研究在计算光伏电场无功出力限额时，通常未考虑站内电压安全以及工程实际中对光伏单元无功调节能力的规定，所得结果不满足站内电压规定或超出光伏电场无功调节能力范围，因此难以得到实际应用。
3.有研究在计算光伏电场无功出力时考虑了光伏电场无功出力调整对节点电压的影响，还有研究在确定pvgu无功出力限额时参考了光伏电场接入电力系统技术规定中的要求。但均未进行系统化研究，提出光伏电场总体对外无功出力限额确定方法。

技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是：提供一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，以解决对在计算光伏电场无功出力限额时，未考虑站内电压安全以及工程实际中对光伏单元无功调节能力，所得结果难以实际应用等技术问题。
5.本发明的技术方案是：
6.一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，所述方法包括：
7.步骤1、对光伏电场无功调节能力进行分析；
8.步骤2、建立光伏电场对外等值模型；
9.步骤3、建立光伏电场内部等值模型；
10.步骤4、对光伏电场无功出力限额计算；
11.步骤5、选取若干光伏单元有功出力p
pv
和并网接入点电压us分段点，将光伏电场正常运行情况下状态分为若干个区段；
12.步骤6、确定每个区段内光伏电场无功出力限额；
13.步骤7、根据t时段光伏电场有功出力p
pv,t
、并网接入点电压u
s,t
确定t时段光伏电场运行区段。
14.对光伏电场无功调节能力进行分析方法为：光伏电场采用的拓扑结构为链式结构，站内馈线上并联有若干光伏单元，每个光伏单元等值为一个光伏阵列与一个箱变串联，每个光伏阵列等值为一台发电机，经过箱变升压后通过馈线接入光伏发电系统的公共连接点pcc，再通过输电线路将电能直接输送至主网中；
15.svg和svc无功补偿设备集中安装于pcc处；svg的基本电路结构分为两种即电压型桥式电路结构和电流型桥式电路结构；光伏电场中每条馈线上连接有一个以上光伏单元，光伏单元的无功调节能力在于光伏逆变器，光伏逆变器为电力电子元件，理论无功出力限
额如式(1)所示：
[0016][0017]
光伏单元工程实际中无功出力能力用式(2)表示：
[0018]-0.31s
pv
≤q
pv
≤0.31s
pv (16)
[0019]
式中，s
pv
为光伏单元视在功率；q
pv
为光伏单元无功出力；
[0020]
考虑光伏电场的站内无功损耗以及站内各个节点的电压安全，光伏电场总无功调节能力表示方法如式(3)～(4)所示：
[0021][0022][0023]
式中，q
pvi
为第i个pvgu无功出力；分别为光伏电场的最大发出、最大吸收无功功率；分别为第i个pvgu在满足站内电压安全下的最大发出、最大吸收无功功率；q
svg
为svg无功出力；δq
pv
为光伏电场内无功损耗； n
pv
为电场内所有pvgu集合。
[0024]
光伏电场对外等值模型为：
[0025][0026][0027]
其中，p
pv,t
和q
pv,t
分别为t时段光伏电场发出的有功和无功功率；p
pvi,t
为第i 个光伏单元t时段发出的有功功率；和分别为光伏电场t时段内最大发出和吸收无功能力；n
pv
为站内所有光伏单元集合。
[0028]
光伏电场内部等值模型为svg容量已知，不含有载调压变压器离散控制设备，将主网进行等值保留接入点并作为平衡节点，节点电压us为已知量；将各个光伏单元等值为发电机，其发出有功功率p
pv
为预测值，发出无功功率为控制变量。
[0029]
对光伏电场无功出力限额计算时：
[0030]
3)目标函数
[0031]
光伏电场最大发出无功功率为：
[0032][0033]
光伏电场最小发出无功功率为：
[0034][0035]
4)约束条件
[0036]
e)节点功率平衡方程：
[0037][0038]
式中，j∈i表示j节点与i节点直接相连；nb为电场内所有节点的集合；u
i,t
为t时段内i节点电压幅值；g
ij
、b
ij
分别为节点导纳矩阵第i行和第j列元素的实部和虚部；δ
ij
为i,j节点之间的相角差；p
pvi,t
、q
pvi,t
分别为t时段i节点上连接的光伏单元发出的有功功率和无功功率；q
svg,i,t
为i节点上svg在t时段内发出的无功功率；
[0039]
f)站内电压安全约束：
[0040][0041]
式中，和分别为节点i电压上、下限；
[0042]
g)发电单元无功出力能力约束：
[0043]-0.3s
pvi
＜q
pvi,t
＜0.3s
pvi (25)
[0044]
式中，s
pv
为单个光伏单元的额定容量，s
pvi
为光伏电场第i个光伏单元的额定容量；
[0045]
h)svg无功出力能力约束
[0046][0047]
式中，和分别为svg无功调节能力上、下限。
[0048]
将光伏电场正常运行情况下状态分为若干个区段的方法为：
[0049]
选取若干p
pv
和us分段点，将光伏电场正常运行情况下状态分为若干个区段，再依据光伏电场无功出力限额计算，结合光伏电场无功出力能力与p
pv
及us的单调变化关系，确定每一个区段内的无功出力限额；
[0050]
分段设定每个区段有功出力p
pv
和接入点电压us的上下限，将正常运行范围的p
pv
、us分为若干个区段，根据实际中对光伏电场无功出力能力的需求及实际控制时段数量的要求，动态调整分段方式。
[0051]
确定每个区段内光伏电场无功出力限额的方法为：某一区段的无功出力限额，必须能够满足区段内任意状态下，光伏电场无功电源的出力能力要求以及站内所有节点的电压安全要求，即为该区段内所有运行状态计算所得无功出力限额的交集。
[0052]
所述光伏电场的无功出力限额，光伏电场最大发出无功功率为该区段发出有功功率最小且并网点压最小时光伏电场的最大无功出力限额；光伏电场最大吸收无功功率是该区段发出有功功率最大且并网点压最大时光伏电场最大无功出力限额，如式(13)所示：
[0053][0054]
式中，分别表示第个n区段的发出和吸收无功的限额；p
max
、p
min
、 u
min
、u
max
分别为第n个区段内有功功率上、下限以及接入点电压上、下限；为有功出力为
p
min
、接入点电压为u
min
时光伏电场的最大发出无功；为有功出力为p
max
接入点电压为u
max
时光伏电场的最大吸收无功。
[0055]
根据光伏电场p
pv，t
、u
s，t
，确定t时段光伏电场运行区段时，若t时段为白天，则光伏电场无功出力限额根据其所在的区段确定,若t时段为夜间，则光伏电场无功出力上、下限均设置为0，如式(14)
[0056][0057]
式中，为光伏电场t时段最大发出无功功率；为光伏电场t时段最小发出无功功率或最大吸收无功功率。
[0058]
本发明的有益效果：
[0059]
本发明提出了一种并网光伏电站关口无功调节能力的分段等值方法，为光伏电站关口无功的调控管理提供有效的决策依据。首先，在给定考虑关口电压和光伏出力的条件下，考虑光伏电场内部的svg、光伏单元的无功调节能力和光伏单元的无功调节范围导则要求，提出了光伏电站关口无功最大调节范围的优化等值方法，确定了光伏电站关口无功调节能力与其有功出力和关口电压的关系；其次，考虑关口电压和光伏出力波动的时段特性，通过波动阈值的区域图时段融合策略，实现了光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方案。
[0060]
本发明提出光伏电场无功调节能力的并网等值方法，并基于实际系统进行仿真分析。本发明方法具有如下特点：
[0061]
本发明首先对光伏电场拓扑结构及无功调节能力进行了分析，在此基础上建立了考虑光伏电场内部无功损耗以及所有节点电压安全约束下光伏电场无功出力限额计算模型。通过扰动电压和有功出力的融合分段，结合工程实际中对光伏电场日、夜无功出力的要求，设计了光伏电场无功出力范围的分段等值方案。
[0062]
本发明所提方法有效性以及无功出力对站内网络损耗的影响进行分析。仿真结果表明：本发明提出的光伏电场无功出力限额计算模型，能够根据光伏电场全天有功出力及接入点电压，确定全天各时段无功出力限额；此外，电场内无功出力改变对站内网络损耗影响较小。
附图说明
[0063]
图1为常见35kv光伏电场拓扑结构图；
[0064]
图2为光伏电场对外等值模型图；
[0065]
图3为光伏电场内部等值模型图；
[0066]
图4为某35kv光伏发电场拓扑结构图；
[0067]
图5为无功出力能力分段图；
[0068]
图6为光伏电场有功出力及接入点母线电压；其中：图6(a)光伏电场全天有功出力曲线；图6(b)接入点母线电压；
[0069]
图7为光伏电场无功出力能力计算结果图；
[0070]
图8为ppv＝0时有功损耗与无功出力关系图；
[0071]
图9为本发明流程示意图。
具体实施方式
[0072]
实施例1：
[0073]
一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，包括以下步骤(见图9)：
[0074]
1)对光伏电场无功调节能力分析；
[0075]
2)建立光伏电场对外等值模型；
[0076]
3)建立光伏电场内部等值模型；
[0077]
4)光伏电场无功出力限额计算；
[0078]
5)选取若干光伏单元有功出力p
pv
和电网电压us分段点，将光伏电场正常运行情况下状态分为若干个区段；
[0079]
6)确定每个区段内光伏电场无功出力限额；
[0080]
7)根据t时段光伏电场有功出力p
pv,t
、电网电压u
s,t
确定t时段光伏电场运行区段；
[0081]
光伏电场常见拓扑结构为链式结构，如图1所示。站内馈线上并联有多个光伏单元，每个光伏单元可等值为一个光伏阵列与一个箱变串联，每个光伏阵列可等值为一台发电机，经过箱变升压后通过馈线接入光伏发电系统的公共连接点(pcc)，再通过输电线路将电能直接输送至主网中。
[0082]
svg、svc等无功补偿设备集中安装于pcc处。svg的基本电路结构分为两种即电压型桥式电路结构和电流型桥式电路结构，主要区别为直流侧的储能元件型号不同。光伏电场中每条馈线上连接有多个光伏单元，光伏单元的无功调节能力在于其中的光伏逆变器。光伏逆变器为电力电子元件，其理论无功出力限额如式(1)所示：
[0083][0084]
光伏单元工程实际中无功出力能力可用式(2)表示：
[0085]-0.31s
pv
≤q
pv
≤0.31s
pv (30)
[0086]
式中，s
pv
为光伏单元视在功率；p
pv
为光伏单元有功出力；q
pv
为光伏单元无功出力；
[0087]
考虑光伏电场的站内无功损耗以及站内各个节点的电压安全，光伏电场总无功调节能力表示方法如式(3)～(4)所示：
[0088][0089][0090]
式中，q
pvi
为第i个pvgu无功出力；分别为光伏电场的最大发出、最大吸收无功功率；分别为第i个pvgu在满足站内电压安全下的最大发出、最大吸收无功功率；q
svg
为svg无功出力；δq
pv
为光伏电场内无功损耗； n
pv
为电场内所有pvgu集合。
[0091]
光伏电场对外等值模型为：
[0092][0093][0094]
其中，p
pv,t
和q
pv,t
分别为t时段光伏电场发出的有功、无功功率；p
pvi,t
为第i 个光伏单元t时段发出的有功功率；和分别为光伏电场t时段内最大发出、吸收无功能力；n
pv
为站内所有光伏单元集合。
[0095]
光伏电场内部等值模型为svg容量已知，不含有载调压变压器等离散控制设备。将主网进行等值，保留接入点，并将其作为平衡节点，其节点电压us为已知量；将各个光伏单元等值为发电机，其发出有功功率p
pv
为预测值，发出无功功率为控制变量。
[0096]
光伏电场无功出力限额计算中：
[0097]
1)目标函数
[0098]
光伏电场最大发出无功功率为：
[0099][0100]
光伏电场最小发出无功功率为：
[0101][0102]
2)约束条件
[0103]
a)节点功率平衡方程：
[0104][0105]
式中，j∈i表示j节点与i节点直接相连；nb为电场内所有节点的集合；u
i,t
为t时段内i节点电压幅值；u
j,t
为t时段内j节点电压幅值；g
ij
、b
ij
分别为节点导纳矩阵第i行和第j列元素的实部和虚部；δ
ij
为i,j节点之间的相角差； p
pvi,t
、q
pvi,t
分别为t时段i节点上连接的光伏单元发出的有功功率和无功功率； q
svg,i,t
为i节点上svg在t时段内发出的无功功率。
[0106]
b)站内电压安全约束：
[0107][0108]
式中，ui为节点i电压；和分别为节点i电压上、下限。
[0109]
c)发电单元无功出力能力约束：
[0110]-0.3s
pvi
＜q
pvi,t
＜0.3s
pvi (39)
[0111]
式中，s
pv
为单个光伏单元的额定容量，s
pvi
为光伏电场第i个光伏单元的额定容量
[0112]
d)svg无功出力能力约束
[0113][0114]
式中，q
svg,t
为t时段svg无功调节能力；和分别为svg无功调节能力上、下限。
[0115]
根据分段函数原理，选取若干p
pv
和us分段点，将光伏电场正常运行情况下状态分为若干区段，再依据光伏电场无功出力限额计算模型，结合光伏电场无功出力能力与p
pv
及us的单调变化关系，确定每一个区段内的无功出力限额。
[0116]
分段设定每个区段有功出力p
pv
和接入点电压us的上下限，将正常运行范围的p
pv
、us分为若干个区段，可根据实际中对光伏电场无功出力能力的需求及实际控制时段数量的要求，动态调整分段方式。
[0117]
确定每个区段内光伏电场无功出力限额，
[0118]
某一区段的无功出力限额，必须能够满足区段内任意状态下，光伏电场无功电源的出力能力要求以及站内所有节点的电压安全要求，即为该区段内所有运行状态计算所得无功出力限额的交集。
[0119]
光伏电场的无功出力限额，光伏电场最大发出无功功率为该区段发出有功功率最小且并网点压最小时光伏电场的最大无功出力限额；光伏电场最大吸收无功功率，是该区段发出有功功率最大且并网点压最大时光伏电场最大无功出力限额，如式(13)所示：
[0120][0121]
式中，分别表示第个n区段的发出和吸收无功的限额；p
max
、p
min
、 u
min
、u
max
分别为第n个区段内有功功率上、下限以及接入点电压上、下限；为有功出力为p
min
、接入点电压为u
min
时光伏电场的最大发出无功；为有功出力为p
max
接入点电压为u
max
时光伏电场的最大吸收无功。
[0122]
根据光伏电场p
pv,t
、u
s,t
确定t时段光伏电场运行区段,若t时段为白天，则光伏电场无功出力限额根据其所在的区段确定,若t时段为夜间，则光伏电场无功出力上、下限均设置为0，如式(14)
[0123][0124]
式中，为光伏电场t时段最大发出无功功率；为光伏电场t时段最小发出无功功率或最大吸收无功功率；本文定义(7～17)点为白天时间段； (0～7,18～24)为夜间时间段。
[0125]
实施例2：
[0126]
并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，包括以下步骤：
[0127]
1.光伏电场无功调节能力分析
[0128]
所述光伏电场无功调节能力分析包括光伏电场常见拓扑结构为链式结构，站内馈线上并联有多个光伏单元，每个光伏单元可等值为一个光伏阵列与一个箱变串联，每个光
伏阵列可等值为一台发电机，经过箱变升压后通过馈线接入光伏发电系统的公共连接点(pcc)，再通过输电线路将电能直接输送至主网中。
[0129]
所述光伏电场中配置的无功补偿设备svg、svc等集中安装于pcc处。svg 的基本电路结构分为两种即电压型桥式电路结构和电流型桥式电路结构，主要区别为直流侧的储能元件型号不同。光伏电场中每条馈线上连接有多个光伏单元，光伏单元的无功调节能力在于其中的光伏逆变器。光伏逆变器为电力电子元件，其理论无功出力限额如式43所示：
[0130][0131]
光伏单元工程实际中无功出力能力可用式表示：
[0132]-0.31s
pv
≤q
pv
≤0.31s
pv (44)
[0133]
式中，s
pv
为光伏单元视在功率；q
pv
为光伏单元无功出力；p
pv
为光伏单元有功出力。
[0134]
考虑光伏电场的站内无功损耗以及站内各个节点的电压安全，光伏电场总无功调节能力表示方法如式45-46所示：
[0135][0136][0137]
式中，q
pvi
为第i个pvgu无功出力；分别为光伏电场的最大发出、最大吸收无功功率；分别为第i个pvgu在满足站内电压安全下的最大发出、最大吸收无功功率；q
svg
为svg无功出力；δq
pv
为光伏电场内无功损耗；n
pv
为电场内所有pvgu集合。
[0138]
2.建立光伏电场对外等值模型
[0139]
所述光伏电场对外等值模型为：
[0140][0141][0142]
其中，p
pv,t
和q
pv,t
分别为t时段光伏电场发出的有功、无功功率；p
pvi,t
为第i 个光伏单元t时段发出的有功功率；和分别为光伏电场t时段内最大发出、吸收无功能力；n
pv
为站内所有光伏单元集合。
[0143]
3.建立光伏电场内部等值模型
[0144]
所述光伏电场内部等值模型svg容量已知，不含有载调压变压器等离散控制设备。在该模型中将主网进行等值，保留接入点，并将其作为平衡节点，其节点电压us为已知量；将各个光伏单元等值为发电机，其发出有功功率p
pv
为预测值，发出无功功率为控制变量。
[0145]
4.光伏电场无功出力限额计算
[0146]
所述光伏电场无功出力限额：
[0147]
1)目标函数
[0148]
光伏电场最大发出无功功率为：
[0149][0150]
光伏电场最小发出无功功率为：
[0151][0152]
2)约束条件
[0153]
a)节点功率平衡方程
[0154][0155]
式中，j∈i表示j节点与i节点直接相连；nb为电场内所有节点的集合；u
i,t
为t时段内i节点电压幅值；u
j,t
为t时段内i节点电压幅值；g
ij
、b
ij
分别为节点导纳矩阵第i行和第j列元素的实部和虚部；δ
ij
为i,j节点之间的相角差；p
pvi,t
、q
pvi,t
分别为t时段i节点上连接的光伏单元发出的有功功率和无功功率； q
svg,i,t
为i节点上svg在t时段内发出的无功功率。
[0156]
b)站内电压安全约束
[0157][0158]
式中，ui为节点i电压；和分别为节点i电压上、下限。
[0159]
c)发电单元无功出力能力约束
[0160]-0.3s
pvi
＜q
pvi,t
＜0.3s
pvi (53)
[0161]
式中，s
pv
为单个光伏单元的额定容量，s
pvi
为光伏电场第i个光伏单元的额定容量
[0162]
d)svg无功出力能力约束
[0163][0164]
式中，q
svg,t
为t时段svg无功调节；能力和分别为svg无功调节能力上、下限。
[0165]
5.选取若干us和p
pv
分段点，将光伏电场正常运行情况下状态分为若干个区段
[0166]
设定每个区段有功出力p
pv
和接入点电压us的上下限，将正常运行范围的 p
pv
、us分为若干个区段，可根据实际中对光伏电场无功出力能力的需求及实际控制时段数量的要求，动态调整分段方式。
[0167]
6.确定每个区段内光伏电场无功出力限额
[0168]
确定每个区段内光伏电场无功出力限额，某一区段的无功出力限额，必须能够满足区段内任意状态下，光伏电场无功电源的出力能力要求以及站内所有节点的电压安全要求，即为该区段内所有运行状态计算所得无功出力限额的交集。
[0169]
所述光伏电场的无功出力限额，光伏电场最大发出无功功率为该区段发出有功功率最小且并网点压最小时光伏电场的最大无功出力限额；光伏电场最大吸收无功功率，是该区段发出有功功率最大且并网点压最大时光伏电场最大无功出力限额，如式55所示：
[0170][0171]
式中，分别表示第个n区段的发出和吸收无功的限额；p
max
、p
min
、 u
min
、u
max
分别为第n个区段内有功功率上、下限以及接入点电压上、下限；为有功出力为p
min
、接入点电压为u
min
时光伏电场的最大发出无功；为有功出力为p
max
接入点电压为u
max
时光伏电场的最大吸收无功。
[0172]
7.根据光伏电场p
pv,t
、u
s,t
确定t时段光伏电场运行区段
[0173]
根据光伏电场p
pv,t
、u
s,t
确定t时段光伏电场运行区段,若t时段为白天，则光伏电场无功出力限额根据其所在的区段确定,若t时段为夜间，则光伏电场无功出力上、下限均设置为0，如式56。
[0174][0175]
式中，为光伏电场t时段最大发出无功功率；为光伏电场t时段最小发出无功功率或最大吸收无功功率；本文定义(7～17)点为白天时间段； (0～7,18～24)为夜间时间段。
[0176]
实施例3：
[0177]
参见图4，进行并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法仿真分析，以s市g站110kv控制分区中的某35kv的光伏电场作为研究对象，以cpu为 rayzen2600x，内存为16g的pc为计算平台，matlab 2020b为仿真环境。主要包括以下步骤：
[0178]
1.站内共有62个节点、6条35kv光伏馈线、30个光伏单元。每个光伏单元均可等值为一台发电机加一台箱变。每台等值发电机的额定容量为1mw，站内总容量为30mw。额定电压为35kv的svg并联于pcc处，其额定容量为
±
6mvar。
[0179]
2.认为该电场内各个光伏阵列之间距离相同，其连接馈线电缆阻抗标幺值为0.13+j0.28，对地电纳较小，忽略不计。箱变的阻抗归算至低压侧后标幺值为1.044+j5.71。电场内所有节点电压安全范围标幺值设置为 1.0p.u.～1.1p.u.。
[0180]
3.计算得到该光伏电场在不同p
pv
及us情况下发出及吸收无功的能力分别如表1及表2所示：
[0181]
表1最大发出无功能力
[0182]
[0183][0184]
表2最大吸收无功能力
[0185][0186]
表1中，同行数据右侧数值均比左侧数值小，同列数据下行数据总是比上一行数据小。结合潮流分析可以得到结论，接入点电压us的升高或有功出力p
pv
的增加，均会到导致光伏电场最大发出无功降低。对于该光伏电场，其最大值为p
pv
＝0,us＝1.03时，最大可发出无功功率为13.14mvar；其最小值为p
pv
＝1.0,us＝1.08时，最小可发出无功功率为0.52mvar。最小值仅为最大值的 3.96％。
[0187]
表2中负号代表为吸收功率。由表2可知，接入点电压us的升高以及有功出力p
pv
的增加均会到导致光伏电场最大吸收无功功率增加。对于该光伏电场，最大吸收无功功率为p
pv
＝1.0,us＝1.08p.u.时，最大可吸收无功功率为20.94mvar；最小吸收无功功率为p
pv
＝0,us＝1.03p.u.时，最小可吸收无功功率为4.07mvar。最小值仅为最大值的19.44％。
[0188]
实施例4：
[0189]
根据实施例3中计算所得光伏电场在不同情况下的无功出力限额，设置 u
s1
＝1.04p.u.，u
s2
＝1.06p.u.，u
s3
＝1.08p.u.，p
pv1
＝0.1p.u.，p
pv2
＝0.4p.u.，p
pv3
＝0.7 p.u.，如图5所示，将光伏电场正常运行状态分为16个区间。各个区段详细无功出力能力如表1所示。
[0190]
表1各区段光伏电场无功出力限额
[0191][0192][0193]
当光伏电场接入点电压us＞1.08p.u.时，判断为系统电压不合格，光伏电场不参与系统无功出力调节。
[0194]
该光伏电场某日实际全天有功出力曲线及接入点电压曲线如图6所示。光伏电场全天有功出力曲线与接入点母线电压曲线趋势基本一致，随着有功出力的增加，光伏电场接入点母线的电压也会随之升高。根据全天有功出力曲线及接入点电压曲线，可计算得到光伏电场全天各个时段无功出力上下限，如图7 所示。
[0195]
由图7可以看出，光伏电场在定义的夜间时段无功出力能力为0mvar；在白天时段，无功出力能力大致在(-8～12)mvar，具有可观的无功出力能力；在15时其最大发出无功约4mvar，而在8时其最大发出无功约11mvar，不同时段最大发出无功能力相差接近3倍。
[0196]
该计算结果说明，光伏电场全天有功出力及接入点电压已知时，通过本文方法可以确定其全天各时段无功出力上、下限。在整个白天时段光伏电场均具有可观的无功出力能力，而在不同时段由于受到接入点电压以及有功出力的影响，无功出力限额相差较大，需要根据实际运行状态确定光伏电场的无功出力限额。
[0197]
实施例5：
[0198]
根据潮流理论可知，系统网络损耗主要与传输的有功功率、无功功率有关。因此设置实验方案为：确定光伏电场接入点电压us＝1.05p.u.，计算不同有功出力p
pv
情况下，光伏
电场在不同无功出力情况下的有功损耗，分析光伏电场有功损耗与其有功出力、无功出力的关系。
[0199]
首先设置光伏电场有功出力p
pv
＝0p.u.，计算光伏电场无功出力由-12mvar 逐渐增加为12mvar时，站内网络损耗的变化情况。其中光伏电场无功出力为 (-12～-6)mvar时由svg吸收6mvar，其余无功功率由光伏单元吸收；(-6～6)mvar 时由svg单独提供，(6～12)mvar时由svg发出6mvar，其余由光伏单元发出。计算得到站内有功损耗随无功出力变化如图8所示。
[0200]
由图8知当光伏电场有功出力p
pv
＝0p.u.时，无论光伏电场吸收还是发出功率，站内有功损耗都会增加。站内有功损耗随着光伏电场无功出力幅值的增加而逐渐增加。在站内无功出力q
pv
＝0mw时，有功损耗δp
0,0
＝0mw；在站内无功出力分别为-12mvar与12mvar时，有功损耗功率分别为0.062mw、0.049mw。每吸收1mvar与发出1mvar增加的网络损耗功率分别为0.005mw与0.004mw，可以忽略不计。
[0201]
计算不同有功出力下站内网络损耗与该站无功出力，随着光伏电场发出有功功率的增加，即光伏电场内无功损耗随着有功出力增加而大幅增加。此外，当光伏电场吸收无功功率q
pv
＜0mvar时，吸收无功功率越多，站内网络损耗越大。而随着发出无功功率增加，站内网络损耗变化则与光伏电场有功出力大小有关。
[0202]
为进一步分析光伏电场在不同发出有功情况下，站内网络损耗δp与无功出力q
pv
的关系，将部分数据记录于表1中。其中δp-12
、δp0、δp
12
分别代表光伏电场无功出力为-12mvar、0mvar、12mvar时站内有功损耗。
[0203]
由表1可以看出，在p
pv
＝0.6p.u.时，站内网络损耗δp
0.6,0
＝0.306，δp
0.6,12
＝0.319，即无功出力由0mvar增加为12mvar后，网络损耗功率增加了0.013mw；p
pv
＝1.0 p.u.时光伏电场内网络损耗δp
1.0,0
＝0.850mw,δp
1.0,12
＝0.798mw，即无功出力由 0mvar增加为12mvar后，站内网络损耗降低了0.052mw。这说明光伏电场发出有功功率较小时(p
pv
＝0～0.6p.u.),光伏电场有功损耗随着无功出力的增加而逐渐增加；而当光伏电场发出有功功率较大时(p
pv
＞0.6p.u.)，随着光伏电场无功出力的增加，光伏电场内网络损耗可能会减小。表中δp-12
/12、δp
12
/12列分别代表在不同有功出力时，吸收、发出1mvar无功功率大致需要的增加的有功功率。
[0204]
而随着光伏电场有功出力的增加，吸收单位无功功率所增加的网络损耗也逐渐升高，其幅值变化范围在(0.005～0.016mw/mvar)；而发出单位无功功率功率所增加的网络损耗会逐渐降低，甚至会变为一个负值 (0.004～-0.004mw/mvar)。这是因为随着发出有功增加，站内及输电线路无功损耗也将增加。此时，光伏电场若吸收无功，则它从主网吸收无功也会增加，增加网络损耗，若发出无功，则会对站内及输电线路进行无功补偿，可能会减少网络损耗。
[0205]
表1光伏电场网损与无功出力关系
[0206][0207]
以上分析说明，当接入点电压一定时，站内发出单位无功产生的网损会随着发出有功功率的变化而变化。但从数值上看，该值整体均较小，可以忽略不计。

技术特征：

1.一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：所述方法包括：步骤1、对光伏电场无功调节能力进行分析；步骤2、建立光伏电场对外等值模型；步骤3、建立光伏电场内部等值模型；步骤4、对光伏电场无功出力限额计算；步骤5、选取若干光伏单元有功出力p
pv
和并网接入点电压u
s
分段点，将光伏电场正常运行情况下状态分为若干个区段；步骤6、确定每个区段内光伏电场无功出力限额；步骤7、根据t时段光伏单元有功出力p
pv,t
、并网接入点电压u
s,t
确定t时段光伏电场运行区段。2.根据权利要求1所述的一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：对光伏电场无功调节能力进行分析方法为：光伏电场采用的拓扑结构为链式结构，站内馈线上并联有若干光伏单元，每个光伏单元等值为一个光伏阵列与一个箱变串联，每个光伏阵列等值为一台发电机，经过箱变升压后通过馈线接入光伏发电系统的公共连接点pcc，再通过输电线路将电能直接输送至主网中；svg和svc无功补偿设备集中安装于pcc处；svg的基本电路结构分为两种即电压型桥式电路结构和电流型桥式电路结构；光伏电场中每条馈线上连接有一个以上光伏单元，光伏单元的无功调节能力在于光伏逆变器，光伏逆变器为电力电子元件，理论无功出力限额如式(1)所示：光伏单元工程实际中无功出力能力用式(2)表示：-0.31s
pv
≤q
pv
≤0.31s
pv
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，s
pv
为光伏单元视在功率；q
pv
为光伏单元无功出力；考虑光伏电场的站内无功损耗以及站内各个节点的电压安全，光伏电场总无功调节能力表示方法如式(3)～(4)所示：力表示方法如式(3)～(4)所示：式中，q
pvi
为第i个pvgu无功出力；分别为光伏电场的最大发出、最大吸收无功功率；分别为第i个pvgu在满足站内电压安全下的最大发出、最大吸收无功功率；q
svg
为svg无功出力；δq
pv
为光伏电场内无功损耗；n
pv
为电场内所有pvgu集合。3.根据权利要求1所述的一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：光伏电场对外等值模型为：
其中，p
pv,t
和q
pv,t
分别为t时段光伏电场发出的有功和无功功率；p
pvi,t
为第i个光伏单元t时段发出的有功功率；和分别为光伏电场t时段内最大发出和吸收无功能力；n
pv
为站内所有光伏单元集合。4.根据权利要求1所述的一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：光伏电场内部等值模型为svg容量已知，不含有载调压变压器离散控制设备，将主网进行等值保留接入点并作为平衡节点，节点电压u
s
为已知量；将各个光伏单元等值为发电机，其发出有功功率p
pv
为预测值，发出无功功率为控制变量。5.根据权利要求1所述的一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：对光伏电场无功出力限额计算时：1)目标函数光伏电场最大发出无功功率为：光伏电场最小发出无功功率为：2)约束条件a)节点功率平衡方程：式中，j∈i表示j节点与i节点直接相连；n
b
为电场内所有节点的集合；u
i,t
为t时段内i节点电压幅值；g
ij
、b
ij
分别为节点导纳矩阵第i行和第j列元素的实部和虚部；δ
ij
为i,j节点之间的相角差；p
pvi,t
、q
pvi,t
分别为t时段i节点上连接的光伏单元发出的有功功率和无功功率；q
svg,i,t
为i节点上svg在t时段内发出的无功功率；b)站内电压安全约束：式中，和分别为节点i电压上、下限；c)发电单元无功出力能力约束：-0.3s
pvi
＜q
pvi,t
＜0.3s
pvi
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)式中，s
pv
为单个光伏单元的额定容量，s
pvi
为光伏电场第i个光伏单元的额定容量；d)svg无功出力能力约束
式中，和分别为svg无功调节能力上、下限。6.根据权利要求1所述的一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：将光伏电场正常运行情况下状态分为若干个区段的方法为：选取若干p
pv
和u
s
分段点，将光伏电场正常运行情况下状态分为若干个区段，再依据光伏电场无功出力限额计算，结合光伏电场无功出力能力与p
pv
及u
s
的单调变化关系，确定每一个区段内的无功出力限额；分段设定每个区段有功出力p
pv
和并网接入点电压u
s
的上下限，将正常运行范围的p
pv
、u
s
分为若干个区段，根据实际中对光伏电场无功出力能力的需求及实际控制时段数量的要求，动态调整分段方式。7.根据权利要求1所述的一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：确定每个区段内光伏电场无功出力限额的方法为：某一区段的无功出力限额，必须能够满足区段内任意状态下，光伏电场无功电源的出力能力要求以及站内所有节点的电压安全要求，即为该区段内所有运行状态计算所得无功出力限额的交集。8.根据权利要求1所述的一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：所述光伏电场的无功出力限额，光伏电场最大发出无功功率为该区段发出有功功率最小且并网点压最小时光伏电场的最大无功出力限额；光伏电场最大吸收无功功率是该区段发出有功功率最大且并网点电压最大时光伏电场最大无功出力限额，如式(13)所示：式中，分别表示第个n区段的发出和吸收无功的限额；p
max
、p
min
、u
min
、u
max
分别为第n个区段内有功功率上、下限以及接入点电压上、下限；为有功出力为p
min
、接入点电压为u
min
时光伏电场的最大发出无功；为有功出力为p
max
接入点电压为u
max
时光伏电场的最大吸收无功。9.根据权利要求1所述的一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，其特征在于：根据光伏电场p
pv，t
、u
s，t
，确定t时段光伏电场运行区段时，若t时段为白天，则光伏电场无功出力限额根据其所在的区段确定,若t时段为夜间，则光伏电场无功出力上、下限均设置为0，如式(14)式中，为光伏电场t时段最大发出无功功率；为光伏电场t时段最小发出无功功率或最大吸收无功功率。

技术总结

本发明公开了一种并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法，所述方法包括：步骤1、对光伏电场无功调节能力进行分析；步骤2、建立光伏电场对外等值模型；步骤3、建立光伏电场内部等值模型；步骤4、对光伏电场无功出力限额计算；步骤5、选取若干P

技术研发人员：

覃海 陈胜 张洪略 夏天 黄育松 章熙 马覃峰 陈智祺 颜伟 段展宇

受保护的技术使用者：

贵州电网有限责任公司

技术研发日：

2022.09.19

技术公布日：

2023/3/24