一种应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备及方法与流程

本发明涉及光伏系统，尤其涉及一种应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备及方法。

背景技术：

1、现有技术下，随着光伏渗透率的提高，光伏电站并网点的电压稳定性成为关注焦点。常规方案中，光伏逆变器通常在无调度指令时不主动发出无功，导致功率因数偏低。为解决此问题，现有技术出现了多种动态无功补偿方案。

2、现有技术中通常采用集中控制器采集并网点高压互感器的数据，计算无功需求后下发至逆变器。然而，此类方案存在显著缺陷：其一，通常将并网点短路容量视为固定常数，未考虑电网运行方式改变（如线路检修、负荷波动）导致的短路容量实时漂移；其二，控制参数（如pid响应时间、无功输出上限）多为固定值或仅随电压简单切换，未考虑光伏有功波动强度对电网稳定性的影响。在弱电网工况下，若逆变器仍采用较大的无功输出带宽，极易引发逆变器控制环路与电网阻抗耦合产生的谐振；而在强电网工况下，若响应时间过长，则会导致电压越限。此外，现有方案在分配无功时，往往未考虑让逆变器尽量工作在单位功率因数附近以优化有功输出，导致不必要的有功损耗。

3、因此，亟需一种能够实时感知电网强度、耦合光伏波动特性、并能自适应调整控制参数的动态无功补偿方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备及方法，通过引入短路容量在线辨识技术，并构建“有功变化率、短路容量”的耦合因子，实现了控制参数的自适应联动调整。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备；包括数据采集模块、短路容量在线辨识模块、自适应决策模块和调度执行模块，所述数据采集模块配置为采集光伏并网点的电压、电流以及所有在线光伏逆变器的有功出力pi和无功出力qi；

3、所述短路容量在线辨识模块与所述数据采集模块相连，配置为控制svg以预设周期向并网点注入微小无功阶跃δqstep，并根据注入前后的并网点电压变化量δu实时计算并网点等效短路容量sk=un.δqstep/δu，其中un为额定电压;

4、所述自适应决策模块分别与所述短路容量在线辨识模块和所述数据采集模块相连，并配置为：

5、计算光伏总有功出力的变化率kp，其中，kp=δp/δt；

6、构建耦合因子k，其中k=kp/sk，所述耦合因子k用于表征光伏有功波动强度与电网强度的比值；基于所述耦合因子k所在的数值区间，同步动态设定光伏逆变器的无功输出上限qinv_max、svg的无功输出上限qsvg_max以及pid控制器的响应时间常数τ；

7、所述调度执行模块与所述自适应决策模块相连，配置为基于并网点无功缺额qref，结合所述qinv_max与所述qsvg_max将无功补偿指令下发至光伏逆变器和svg执行。

8、其中，所述自适应决策模块中，所述qinv_max随所述耦合因子k的增大而线性减小，所述qsvg_max随所述耦合因子k的增大而线性增大，τ随所述耦合因子k的增大而减小。

9、其中，所述自适应决策模块预设有弱电网阈值kth，当k>kth时，便判定为弱电网工况，并将所述qinv_max限制在0.2倍逆变器额定视在功率以内，同时将剩余无功缺额全部分配至svg。

10、其中，所述微小无功阶跃δqstep的幅值≤svg额定容量的5%，且注入持续时间≤100ms。

11、其中，所述调度执行模块配置有优先级策略：优先将感性无功需求分配至svg，优先将容性无功需求分配给光伏逆变器，以使光伏逆变器的实际无功出力＜其额定视在功率的2%-5%，从而使其工作于单位功率因数运行状态。

12、其中，还包括异常剔除模块，所述异常剔除模块分别与所述数据采集模块和所述调度执行模块相连，配置为在每一轮无功补偿周期结束后，比对各光伏逆变器的实际无功输出值与指令值的偏差比，若偏差比低于预设阈值0.95，则将该逆变器标记为调节异常，并在下一轮调度中剔除该逆变器。

13、其中，一种应用于光伏系统的动态无功补偿控制方法，采用所述的应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，包括以下步骤：

14、通过数据采集模块获取并网点电气量及光伏逆变器运行数据；

15、通过短路容量在线辨识模块周期性注入微小无功阶跃，在线辨识并网点短路容量sk；

16、通过自适应决策模块计算光伏有功变化率kp，构建耦合因子k=kp/sk，并基于k同步动态设定光伏逆变器与svg的无功输出上限以及pid响应时间常数；

17、通过调度执行模块依据设定的上限分配无功指令，并下发至光伏逆变器与svg执行。

18、其中，所述pid控制器的响应时间常数τ与耦合因子 k满足如下反比关系：

19、τ=τ0·1/1+αk；

20、其中，τ0为默认响应时间常数，α为预设的可调增益系数；在并网点电压跌落深度大于0.1标幺值且跌落速度大于0.05p.u/s时，触发低压穿越扩展模式，闭锁光伏逆变器的无功退出逻辑，强制其按设定上限输出容性无功。

21、本发明的一种应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，通过构建耦合因子k=kp/sk，将光伏侧波动与电网侧强度归一化，突破了现有技术仅依赖电压或固定参数的局限，进一步基于k值联动调整参数，在k值大（弱网/强波动）时，限制逆变器无功输出、提升svg参与度并加快响应速度，有效规避了弱电网下的谐振风险，而通过优化调度策略，迫使光伏逆变器工作于单位功率因数附近，最大化有功发电量，同时利用svg处理感性无功，延长设备寿命，进而实现通过引入短路容量在线辨识技术，并构建“有功变化率、短路容量”的耦合因子，实现了控制参数的自适应联动调整。

1.一种应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，其特征在于，包括：数据采集模块、短路容量在线辨识模块、自适应决策模块和调度执行模块，

2.如权利要求1所述的应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，其特征在于，

3.如权利要求1所述的应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，其特征在于，

4.如权利要求1所述的应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，其特征在于，

5.如权利要求1所述的应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，其特征在于，

6.如权利要求1所述的应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，其特征在于，

7.一种应用于光伏系统的动态无功补偿控制方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任一所述的应用于光伏系统的动态无功补偿控制设备，包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的应用于光伏系统的动态无功补偿控制方法，其特征在于，