并網(wǎng)光伏電站關(guān)口無功調(diào)節(jié)能力的分時段等值方法

01光伏電站無功出力限額的分時段等值方法光伏電站的無功調(diào)節(jié)能力主要取決于無功補償設(shè)備和光伏單元。建立了考慮站內(nèi)電壓安全約束的光伏電站無功調(diào)節(jié)能力上下限計算優(yōu)化模型，本文在此基礎(chǔ)上開展進一步研究。某35kV的光伏電站全天實際有功出力和并網(wǎng)點電壓曲線如圖1所示。由圖1可知，在全天的運行時間內(nèi)，光伏電站有功出力和接入點母線電壓均在某一數(shù)值附近，變化較為平緩，具有時段特征?？紤]到AVC系統(tǒng)采用分時段控制，且每個時段內(nèi)無功出力限額需保持一致的調(diào)控管理方式，結(jié)合工程實際中對光伏電站日、夜無功出力的要求，本文提出了接入點電壓和有功出力波動閾值的區(qū)域圖時段融合策略，對光伏電站無功出力限額進行分時段等值。圖1

光伏電站有功出力及接入點母線電壓

Fig.1

ActivepoweroutputofPVpowerplantandbusvoltageattheaccesspoint

首先，選取若干光伏單元有功出力PPV和并網(wǎng)點電壓Us分段點，將光伏電站正常運行情況下狀態(tài)分為若干區(qū)段；其次，依據(jù)光伏電站無功出力限額計算模型，結(jié)合光伏電站無功出力能力、PPV及Us的單調(diào)變化關(guān)系，確定每一個區(qū)段內(nèi)的無功出力限額。1.1

區(qū)間劃分設(shè)定每個區(qū)段有功出力PPV和接入點電壓Us的上下限，將正常運行范圍的PPV、Us分為若干個區(qū)段，區(qū)段劃分結(jié)果如圖2所示。選取PPV1、PPV2、Us1、Us2作為分段點，將正常運行狀態(tài)劃分為了9個區(qū)段。圖2

光伏電站無功出力限額9區(qū)表示

Fig.2

ThereactivepoweroutputlimitofPVplantexpressedin9zones

選取分段點時，通過統(tǒng)計歷史數(shù)據(jù)中一個或多個相似日光伏電站有功出力和接入點母線電壓，得到有功出力和接入點母線電壓的波動范圍。采用等間隔的原則將有功出力和接入點母線電壓的波動范圍劃分區(qū)段。區(qū)段大小反映了區(qū)域所包括的運行狀態(tài)多少，較多的區(qū)段會帶來調(diào)控管理的不便，而較少的區(qū)段則可能導(dǎo)致下文中區(qū)段無功出力限額計算出的范圍較小。1.2

區(qū)段內(nèi)光伏電站無功出力限額確定用一個確定的無功出力范圍表示光伏電站某一運行區(qū)段內(nèi)所有狀態(tài)下的無功出力能力，則該出力范圍必須能夠滿足區(qū)段內(nèi)任意狀態(tài)下，光伏電站無功電源的出力能力要求以及站內(nèi)所有節(jié)點的電壓安全要求。即某一區(qū)段的無功出力限額為該區(qū)段內(nèi)所有運行狀態(tài)計算所得無功出力限額的交集。根據(jù)系統(tǒng)潮流分析以及本章仿真結(jié)果可知：Us的升高以及PPV的增加（如圖2中實線箭頭方向）均會導(dǎo)致光伏電站發(fā)出的最大無功功率降低；Us的升高以及增加（如圖2中虛線箭頭方向）會導(dǎo)致光伏電站最大吸收無功增加。因此對于某區(qū)段，光伏電站最大發(fā)出無功功率為該區(qū)段發(fā)出有功功率最小且并網(wǎng)點電壓最小時光伏電站的最大無功出力限額；光伏電站最大吸收無功功率為該區(qū)段發(fā)出有功功率最大且并網(wǎng)點電壓最大時光伏電站的最大無功吸收限額。因此，光伏電站最大無功出力限額為式中：分別為第n個區(qū)段發(fā)出和吸收無功的限額；Pmax、Pmin、Umin、Umax分別為第n個區(qū)段內(nèi)有功功率上、下限以及接入點電壓上、下限；為有功出力為Pmin、接入點電壓為Umin時光伏電站的最大發(fā)出無功功率；為有功出力為Pmax接入點電壓為Umax時光伏電站的最大吸收無功功率。1.3

光伏電站運行區(qū)段確定本文按小時將00:00—24:00分成24個時段，定義07:00—18:00為白天時間段；00:00—07:00、18:00—24:00為夜間時間段。根據(jù)光伏電站PPV,t、Us,t，確定時段t光伏電站運行區(qū)段n。若時段t為白天，則光伏電站無功出力限額根據(jù)其所在的區(qū)段確定，若時段t為夜間，則光伏電站無功出力上、下限均設(shè)置為0，具體表達式為式中：為光伏電站時段t最大發(fā)出無功功率；為光伏電站時段t最小發(fā)出無功功率；為光伏電站運行區(qū)段n最大發(fā)出無功功率；為光伏電站運行區(qū)段n最小發(fā)出無功功率。02算例分析2.1

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)本文選用某35kV光伏電站某日的實測數(shù)據(jù)作為算例驗證所提方法的有效性。已知該光伏電站共有30個光伏單元，6條35kV饋線，62個節(jié)點。假設(shè)光伏單元等值發(fā)電機額定容量均為1MW。靜止無功發(fā)生器（SVG）的額定電壓為35kV，額定容量為±6MV·A。此外，光伏電站的其他參數(shù)設(shè)置如表1所示。表1

算例相關(guān)參數(shù)設(shè)置Table1

Parametersettingsofcalculationexamples2.2

光伏電站無功出力限額分析基于本文建立的考慮站內(nèi)電壓安全約束和無功損耗的無功出力范圍優(yōu)化模型，計算得到算例電站在不同PPV和Us下的無功能力分別如圖3和圖4所示。圖3

最大輸出無功能力

Fig.3

Maximumreactivepowercapacity圖4

最小輸出無功能力

Fig.4

Minimumreactivepowercapacity

由圖3可知，隨著光伏站內(nèi)PPV和Us的升高，光伏電站的最大輸出無功能力有所下降。另外，當(dāng)光伏電站的PPV=0.0，Us=1.03p.u.時，該電站最大可輸出的無功功率為13.14MV·A；當(dāng)光伏電站的PPV=1.00p.u.，Us=1.08p.u.時，最大可發(fā)出的無功功率為0.52MV·A。該站在2種不同的運行狀態(tài)下最大發(fā)出無功相差約25倍。由圖4可以看出，隨著光伏站內(nèi)PPV和Us的升高，光伏電站的最小輸出無功能力有所上升。同時從圖4中可以得知，光伏電站的PPV=1.00p.u.，Us=1.08p.u.時，該電站最小可輸出無功功率為–20.94MV·A，即該站可吸收20.94MV·A無功功率。當(dāng)光伏電站PPV=0.00，Us=1.03p.u.時，最小可發(fā)出的無功功率為–4.07MV·A，即該站可吸收4.07MV·A無功功率。該站在2種不同運行狀態(tài)下最小輸出無功功率相差約5倍。2.3

光伏電站無功出力限額分時段等值方法有效性驗證研究光伏、風(fēng)電等新能源站的無功出力有利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。針對相似日的數(shù)據(jù)分析可得到該日有功出力波動范圍為0.1~0.7p.u.，接入點電壓波動范圍為1.04~1.08p.u.。選取有功區(qū)段間隔為0.3p.u.，電壓區(qū)段間隔為0.02p.u.，設(shè)置Us1=1.04p.u.，Us2=1.06p.u.，Us3=1.08p.u.，PPV1=0.1p.u.，PPV2=0.4p.u.，PPV3=0.7p.u.。將光伏電站正常運行狀態(tài)分為16個區(qū)間。各個區(qū)段詳細無功出力能力如表2所示。表2

各區(qū)段光伏電站無功出力限額Table2

ReactivepoweroutputlimitofPVpowerplantineachsection當(dāng)光伏電站接入點電壓＞Us＞1.08p.u.時，電壓超過安全上限值，判定電壓不合格，光伏電站不參與系統(tǒng)無功出力調(diào)節(jié)。光伏電站全天有功出力曲線與接入點母線電壓曲線趨勢基本一致，隨著有功出力的增加，光伏電站接入點母線的電壓也會隨之升高。根據(jù)全天有功出力曲線及接入點電壓曲線，可計算得到光伏電站全天各個時段無功出力上下限，計算結(jié)果如圖5所示。圖5

光伏電站無功出力能力計算結(jié)果

Fig.5

CalculationresultsofreactivepoweroutputcapacityofPVpowerplant

由圖5可知，光伏電站在定義的夜間時段無功出力能力為0；在白天時段，無功出力能力為–8~12MV·A，具有可觀的無功出力能力；在15:00其最大發(fā)出無功約為4MV·A，而在08:00其最大發(fā)出無功約為11MV·A，不同時段最大發(fā)出無功能力相差接近3倍。該計算結(jié)果說明，在整個白天時段光伏電站均具有可觀的無功出力能力，而在不同時段由于受到接入點電壓以及有功出力的影響，無功出力限額相差較大，需要根據(jù)實際運行狀態(tài)確定光伏電站的無