一种用于新能源场站级电压闭环控制的方法及系统与流程

1.本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种用于新能源 场站级电压闭环控制的方法及系统。


背景技术：

2.截至2017年中，我国风电装机达1.54亿千瓦，光伏发电装机达1.02 亿千瓦，合计占全国发电装机的比例超过13％。其中，新疆、青海、宁夏、 冀北等16个省级电网的新能源已成为第二大装机电源，新疆、青海等四省 新能源装机占本地电源总装机比例超过30％。可以预见，不远的未来某些 局部电网新能源占比可能达到80％甚至更高，超高占比新能源并网运行将 成为未来电源结构的重要特征。
3.但是随着新能源在电网中所占比例越来越高，其对电网的影响范围也 从局部逐渐扩大。新能源机组出力具有明显的间歇性和波动性，这使风电、 光伏大规模接入对局部电网稳定运行带来很大压力，由此导致大规模连锁 脱网事故频频发生。
4.目前新能源场站(风电/光伏)的主要调压措施是通过静态无功补偿装 置(例如svg或svc)来实现，但静态无功补偿装置都是通过电力电子 装置实现，具有一定的控制延时，svg动态响应时间一般约为30～50ms, tcr型svc的动态响应时间一般约为100～200ms,mcr型svc的动 态响应时间可达几百毫秒至秒级。在电力系统电压发生扰动或者故障时导 致的电压突增/突减，静态无功补偿装置可能会造成无功反调，恶化系统的 电压稳定水平，静态无功补偿装置适合稳态的电压调节，但是不适合暂态 的快速电压控制。
5.因此，如何在既兼顾实现电力系统的稳态电压调节，又能在电压突变 暂态过程提供快速正确的无功响应，主动、快速地支撑所在电网的频率和 电压的波动，是目前亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.针对上述问题，本发明提出了一种用于新能源场站级电压闭环控制的 方法，包括：
7.测量新能源场站并网点电压及所述新能源场站内发电单元端电压，并 读取新能源场站控制器与发电单元的通信状态；
8.若通信状态满足预设要求，判断新能源场站并网点电压与并网点给定 目标电压差值的绝对值，是否大于电压偏差死区；
9.当所述绝对值大于电压所述电压偏差死区时，控制新能源场站进入新 能源场站级电压闭环控制模式，并监控新能源场站并网点电压与目标电压 差异数据，根据差异数据获取无功控制指令，并将无功控制指令下发至发 电单元；
10.确定发电单元端电压是否满足预设阈值，若满足，根据无功控制指令 控制新能源场站进入变流器控制器本地级控制模式，并通过对无功差值进 行pi校正得到正常运行状态下的变流器电气控制输出指令iq
cmd
＇，令变流 器最终输出电流指令iq
cmd
＝iq
cmd
＇；
11.将iq
cmd
下发给变流器控制器，并经过dq-αβ逆变换后，通过空间矢量 脉宽调制生成变流器开关驱动信号，进行控制与调节。
12.可选的，通信状态若不满足预设要求，控制新能源场站进入本地电压 闭环模式，并调节新能源场站的无功功率后再次测量新能源场站并网点电 压及所述新能源场站内发电单元端电压，及读取新能源场站控制器与发电 单元的通信状态。
13.可选的，当所述绝对值小于电压所述电压偏差死区时，测量新能源场 站并网点电压及所述新能源场站内发电单元端电压，并读取新能源场站控 制器与发电单元的通信状态。
14.可选的，发电单元端电压若不满足预设阈值，控制发电单元闭锁无功 控制指令，控制新能源场站进入高穿或低穿控制模式，并计算iq
hvrt
或iq
lvrt
, 计算公式为：
15.iq
hvrt
＝k
1_iq_hv
*(vh
in-v
t
) k
2_iq_hv
*iq0 iq
set_hv
16.iq
lvrt
＝k
1_iq_lv
*(vl
in-v
t
) k
2_iq_lv
*iq0 iq
set_lv
17.令iq
cmd
＝iq
hvrt
或iq
cmd
＝iq
lvrt
；
18.上式中，k
1_iq_hv
为高电压/低电压穿越时无功电流计算系数1； k
2_iq_hv
为高电压/低电压穿越时无功电流计算系数2；iq
set_hv
为高电压/低 电压穿越时无功电流计算系数3；iq0为初始无功电流；v
t
为端电压幅值； vl
in
进入高电压/低电压穿越阈值。
19.可选的，将iq
cmd
下发给变流器控制器进行调节后，确定调节后的判断 新能源场站并网点电压与并网点给定目标电压差值的绝对值，是否大于电 压偏差死区，若大于控制新能源场站进入新能源场站级电压闭环控制模式， 并监控新能源场站并网点电压与目标电压差异数据，根据差异数据获取无 功控制指令，并将无功控制指令下发至发电单元；
20.若小于，测量新能源场站并网点电压及所述新能源场站内发电单元端 电压，并读取新能源场站控制器与发电单元的通信状态。
21.可选的，预设阈值为0.7pu至1.3pu。
22.本发明还提出了一种用于新能源场站级电压闭环控制的系统，包括：
23.测量单元，测量新能源场站并网点电压及所述新能源场站内发电单元 端电压，并读取新能源场站控制器与发电单元的通信状态；
24.判断单元，确定通信状态若满足预设要求，判断新能源场站并网点电 压与并网点给定目标电压差值的绝对值，是否大于电压偏差死区；
25.第一指令下发单元，当所述绝对值大于电压所述电压偏差死区时，控 制新能源场站进入新能源场站级电压闭环控制模式，并监控新能源场站并 网点电压与目标电压差异数据，根据差异数据获取无功控制指令，并将无 功控制指令下发至发电单元；
26.第二指令下发单元，确定发电单元端电压是否满足预设阈值，若满足， 根据无功控制指令控制新能源场站进入变流器控制器本地级控制模式，并 通过对无功差值进行pi校正得到正常运行状态下的变流器电气控制输出 指令iq
cmd
＇，令变流器最终输出电流指令iq
cmd
＝iq
cmd
＇；
27.调节单元，将iq
cmd
下发给变流器控制器，并经过dq-αβ逆变换后，通过 空间矢量脉宽调制生成变流器开关驱动信号，进行控制与调节。
28.可选的，通信状态若不满足预设要求，控制新能源场站进入本地电压 闭环模式，并调节新能源场站的无功功率后再次测量新能源场站并网点电 压及所述新能源场站内发
电单元端电压，及读取新能源场站控制器与发电 单元的通信状态。
29.可选的，当所述绝对值小于电压所述电压偏差死区时，测量新能源场 站并网点电压及所述新能源场站内发电单元端电压，并读取新能源场站控 制器与发电单元的通信状态。
30.可选的，发电单元端电压若不满足预设阈值，控制发电单元闭锁无功 控制指令，控制新能源场站进入高穿或低穿控制模式，并计算iq
hvrt
或iq
lvrt
, 计算公式为：
31.iq
hvrt
＝k
1_iq_hv
*(vh
in-v
t
) k
2_iq_hv
*iq0 iq
set_hv
32.iq
lvrt
＝k
1_iq_lv
*(vl
in-v
t
) k
2_iq_lv
*iq0 iq
set_lv
33.令iq
cmd
＝iq
hvrt
或iq
cmd
＝iq
lvrt
；
34.上式中，k
1_iq_hv
为高电压/低电压穿越时无功电流计算系数1； k
2_iq_hv
为高电压/低电压穿越时无功电流计算系数2；iq
set_hv
为高电压/低 电压穿越时无功电流计算系数3；iq0为初始无功电流；v
t
为端电压幅值； vl
in
进入高电压/低电压穿越阈值。
35.可选的，将iq
cmd
下发给变流器控制器进行调节后，确定调节后的判断 新能源场站并网点电压与并网点给定目标电压差值的绝对值，是否大于电 压偏差死区，若大于控制新能源场站进入新能源场站级电压闭环控制模式， 并监控新能源场站并网点电压与目标电压差异数据，根据差异数据获取无 功控制指令，并将无功控制指令下发至发电单元；
36.若小于，测量新能源场站并网点电压及所述新能源场站内发电单元端 电压，并读取新能源场站控制器与发电单元的通信状态。
37.可选的，预设阈值为0.7pu至1.3pu。
38.本发明可以在风电场并网点发生电压暂态骤升/骤降时协调svg和同 步调相机之间的无功分配，提升风电场并网点发生电压暂态骤升/骤降时风 电场的暂态无功支撑能力，同时提升了风电场短路电流能力。
附图说明
39.图1为本发明方法的流程图；
40.图2为本发明方法实施例的流程图；
41.图3为本发明方法实施例的电压闭环控制模式的控制图；
42.图4为本发明方法实施例的本地级控制模式控制图；
43.图5为本发明系统的结构图。
具体实施方式
44.现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许 多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例 是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分 传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是 对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
45.除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的 技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典 限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应 该被理解为理想化的或过于正式的意义。
46.本发明提出了一种用于新能源场站级电压闭环控制的方法，如图1所 示，包括：
47.测量新能源场站并网点电压及所述新能源场站内发电单元端电压，并 读取新能源场站控制器与发电单元的通信状态；
48.若通信状态满足预设要求，判断新能源场站并网点电压与并网点给定 目标电压差值的绝对值，是否大于电压偏差死区；
49.当所述绝对值大于电压所述电压偏差死区时，控制新能源场站进入新 能源场站级电压闭环控制模式，并监控新能源场站并网点电压与目标电压 差异数据，根据差异数据获取无功控制指令，并将无功控制指令下发至发 电单元；
50.确定发电单元端电压是否满足预设阈值，若满足，根据无功控制指令 控制新能源场站进入变流器控制器本地级控制模式，并通过对无功差值进 行pi校正得到正常运行状态下的变流器电气控制输出指令iq
cmd
＇，令变流 器最终输出电流指令iq
cmd
＝iq
cmd
＇；
51.将iq
cmd
下发给变流器控制器，并经过dq-αβ逆变换后，通过空间矢量 脉宽调制生成变流器开关驱动信号，进行控制与调节。
52.下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
53.步骤如图2所示，包括：
54.(1)测量新能源场站并网点(point of common coupling，pcc)的电 压u
t
，场站内各发电单元端电压u
term
，读取新能源场站控制器与场内各发 电单元的通信状态，如果通信状态良好，则进入步骤(3)，否则进入步骤 (2)；
55.(2)svg进入本地电压闭环模式，根据新能源场站并网点电压u
t
调 节发出的无功功率，然后返回步骤(1)；
56.(3)判断测量得到的新能源场站并网点电压u
t
与给定的目标电压 u
plant_ref
的差值绝对值|u
plant_ref-u
t
|是否大于电压偏差死区u
pdb
，大于u
pdb
则进 入步骤(4)，如小于u
pdb
，则返回步骤(1)；
57.(4)进入新能源场站级电压闭环控制模式，无功电压控制模块跟踪监 视pcc点电压u
t
与给定参考电压的差异，并根据差异得到q
ord
控制指令， 调节方式如图3所示，其中，t
fltr
为测量滤波环节时间常数，k
p_pv
及k
i_pv
为 场站级控制器pi参数；
58.(5)通过goose等高速通讯将场站级无功指令q
ord
下发给各发电单 元；
59.(6)判断测量得到的场站内各发电单元端电压u
term
是否在0.7pu和1.3pu 之间，如果在0.7pu和1.3pu之间，进入步骤(7)，如果不在0.7pu和1.3pu之 间，则进入步骤(8)；
60.(7)将该发电单元接收到的q
ord
控制指令下发给变流器控制器进行调 节，调节方式如图4所示，其中，t
fltr
为测量滤波环节时间常数，t
qord
为q
ord
控制指令下发的时延，k
p_lqv
及k
i_lqv
为外环控制pi参数，k
p_lv
及k
i_lv
为电流 内环控制pi参数，得到iq
cmd
＇，令iq
cmd
＝iq
cmd
＇；
61.(8)闭锁该发电单元接收到的场站调压控制器下发的q
ord
控制指令， 进入高穿或低穿控制模式计算iq
hvrt
或iq
lvrt
,计算方式为：
62.iq
hvrt
＝k
1_iq_hv
*(vh
in-v
t
) k
2_iq_hv
*iq0 iq
set_hv
63.iq
lvrt
＝k
1_iq_lv
*(vl
in-v
t
) k
2_iq_lv
*iq0 iq
set_lv
64.根据进入的高穿或低穿控制模式令iq
cmd
＝iq
hvrt
或iq
cmd
＝iq
lvrt
；
65.(9)将iq
cmd
下发给变流器进行调节；
66.(10)判断此时的新能源场站并网点电压u
t
与给定的目标电压u
plant_ref
的差值绝对值|u
plant_ref-u
t
|是否大于电压偏差死区u
pdb
，大于则进入步骤(4)， 如小于u
pdb
，则返回步骤(1)。
67.本发明还提出了一种用于新能源场站级电压闭环控制的系统200，如 图5所示，包括：
68.测量单元201，测量新能源场站并网点电压及所述新能源场站内发电 单元端电压，并读取新能源场站控制器与发电单元的通信状态；
69.判断单元202，确定通信状态若满足预设要求，判断新能源场站并网 点电压与并网点给定目标电压差值的绝对值，是否大于电压偏差死区；
70.第一指令下发单元203，当所述绝对值大于电压所述电压偏差死区时， 控制新能源场站进入新能源场站级电压闭环控制模式，并监控新能源场站 并网点电压与目标电压差异数据，根据差异数据获取无功控制指令，并将 无功控制指令下发至发电单元；
71.第二指令下发单元204，确定发电单元端电压是否满足预设阈值，若 满足，根据无功控制指令控制新能源场站进入变流器控制器本地级控制模 式，并通过对无功差值进行pi校正得到正常运行状态下的变流器电气控 制输出指令iq
cmd
＇，令变流器最终输出电流指令iq
cmd
＝iq
cmd
＇；
72.调节单元205，将iq
cmd
下发给变流器控制器，并经过dq-αβ逆变换后， 通过空间矢量脉宽调制生成变流器开关驱动信号，进行控制与调节。
73.其中，通信状态若不满足预设要求，控制新能源场站进入本地电压闭 环模式，并调节新能源场站的无功功率后再次测量新能源场站并网点电压 及所述新能源场站内发电单元端电压，及读取新能源场站控制器与发电单 元的通信状态。
74.其中，当所述绝对值小于电压所述电压偏差死区时，测量新能源场站 并网点电压及所述新能源场站内发电单元端电压，并读取新能源场站控制 器与发电单元的通信状态。
75.其中，发电单元端电压若不满足预设阈值，控制发电单元闭锁无功控 制指令，控制新能源场站进入高穿或低穿控制模式，并计算iq
hvrt
或iq
lvrt
, 计算公式为：
76.iq
hvrt
＝k
1_iq_hv
*(vh
in-v
t
) k
2_iq_hv
*iq0 iq
set_hv
77.iq
lvrt
＝k
1_iq_lv
*(vl
in-v
t
) k
2_iq_lv
*iq0 iq
set_lv
78.令iq
cmd
＝iq
hvrt
或iq
cmd
＝iq
lvrt
；
79.上式中，k
1_iq_hv
为高电压/低电压穿越时无功电流计算系数1； k
2_iq_hv
为高电压/低电压穿越时无功电流计算系数2；iq
set_hv
为高电压/低 电压穿越时无功电流计算系数3；iq0为初始无功电流；v
t
为端电压幅值； vl
in
进入高电压/低电压穿越阈值。
80.其中，将iq
cmd
下发给变流器控制器进行调节后，确定调节后的判断新 能源场站并网点电压与并网点给定目标电压差值的绝对值，是否大于电压 偏差死区，若大于控制新能源场站进入新能源场站级电压闭环控制模式， 并监控新能源场站并网点电压与目标电压差异数据，根据差异数据获取无 功控制指令，并将无功控制指令下发至发电单元；
81.若小于，测量新能源场站并网点电压及所述新能源场站内发电单元端 电压，并读取新能源场站控制器与发电单元的通信状态。
82.其中，预设阈值为0.7pu至1.3pu。
83.本发明可以在风电场并网点发生电压暂态骤升/骤降时协调svg和同 步调相机之
间的无功分配，提升风电场并网点发生电压暂态骤升/骤降时风 电场的暂态无功支撑能力，同时提升了风电场短路电流能力。
84.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。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向 对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。
85.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。
86.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。
87.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。
88.尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知 了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所 附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和 修改。
89.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离 本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权 利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在 内。