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

01光伏電站無(wú)功出力限額的分時(shí)段等值方法光伏電站的無(wú)功調(diào)節(jié)能力主要取決于無(wú)功補(bǔ)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(wú)功調(diào)節(jié)能力上下限計(jì)算優(yōu)化模型，本文在此基礎(chǔ)上開(kāi)展進(jìn)一步研究。某35kV的光伏電站全天實(shí)際有功出力和并網(wǎng)點(diǎn)電壓曲線如圖1所示。由圖1可知，在全天的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，光伏電站有功出力和接入點(diǎn)母線電壓均在某一數(shù)值附近，變化較為平緩，具有時(shí)段特征。考慮到AVC系統(tǒng)采用分時(shí)段控制，且每個(gè)時(shí)段內(nèi)無(wú)功出力限額需保持一致的調(diào)控管理方式，結(jié)合工程實(shí)際中對(duì)光伏電站日、夜無(wú)功出力的要求，本文提出了接入點(diǎn)電壓和有功出力波動(dòng)閾值的區(qū)域圖時(shí)段融合策略，對(duì)光伏電站無(wú)功出力限額進(jìn)行分時(shí)段等值。圖1

光伏電站有功出力及接入點(diǎn)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(diǎn)電壓Us分段點(diǎn)，將光伏電站正常運(yùn)行情況下?tīng)顟B(tài)分為若干區(qū)段；其次，依據(jù)光伏電站無(wú)功出力限額計(jì)算模型，結(jié)合光伏電站無(wú)功出力能力、PPV及Us的單調(diào)變化關(guān)系，確定每一個(gè)區(qū)段內(nèi)的無(wú)功出力限額。1.1

區(qū)間劃分設(shè)定每個(gè)區(qū)段有功出力PPV和接入點(diǎn)電壓Us的上下限，將正常運(yùn)行范圍的PPV、Us分為若干個(gè)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(diǎn)，將正常運(yùn)行狀態(tài)劃分為了9個(gè)區(qū)段。圖2

光伏電站無(wú)功出力限額9區(qū)表示

Fig.2

ThereactivepoweroutputlimitofPVplantexpressedin9zones

選取分段點(diǎn)時(shí)，通過(guò)統(tǒng)計(jì)歷史數(shù)據(jù)中一個(gè)或多個(gè)相似日光伏電站有功出力和接入點(diǎn)母線電壓，得到有功出力和接入點(diǎn)母線電壓的波動(dòng)范圍。采用等間隔的原則將有功出力和接入點(diǎn)母線電壓的波動(dòng)范圍劃分區(qū)段。區(qū)段大小反映了區(qū)域所包括的運(yùn)行狀態(tài)多少，較多的區(qū)段會(huì)帶來(lái)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(wú)功出力限額計(jì)算出的范圍較小。1.2

區(qū)段內(nèi)光伏電站無(wú)功出力限額確定用一個(gè)確定的無(wú)功出力范圍表示光伏電站某一運(yùn)行區(qū)段內(nèi)所有狀態(tài)下的無(wú)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(wú)功電源的出力能力要求以及站內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的電壓安全要求。即某一區(qū)段的無(wú)功出力限額為該區(qū)段內(nèi)所有運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算所得無(wú)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(shí)線箭頭方向）均會(huì)導(dǎo)致光伏電站發(fā)出的最大無(wú)功功率降低；Us的升高以及增加（如圖2中虛線箭頭方向）會(huì)導(dǎo)致光伏電站最大吸收無(wú)功增加。因此對(duì)于某區(qū)段，光伏電站最大發(fā)出無(wú)功功率為該區(qū)段發(fā)出有功功率最小且并網(wǎng)點(diǎn)電壓最小時(shí)光伏電站的最大無(wú)功出力限額；光伏電站最大吸收無(wú)功功率為該區(qū)段發(fā)出有功功率最大且并網(wǎng)點(diǎn)電壓最大時(shí)光伏電站的最大無(wú)功吸收限額。因此，光伏電站最大無(wú)功出力限額為式中：分別為第n個(gè)區(qū)段發(fā)出和吸收無(wú)功的限額；Pmax、Pmin、Umin、Umax分別為第n個(gè)區(qū)段內(nèi)有功功率上、下限以及接入點(diǎn)電壓上、下限；為有功出力為Pmin、接入點(diǎn)電壓為Umin時(shí)光伏電站的最大發(fā)出無(wú)功功率；為有功出力為Pmax接入點(diǎn)電壓為Umax時(shí)光伏電站的最大吸收無(wú)功功率。1.3

光伏電站運(yùn)行區(qū)段確定本文按小時(shí)將00:00—24:00分成24個(gè)時(shí)段，定義07:00—18:00為白天時(shí)間段；00:00—07:00、18:00—24:00為夜間時(shí)間段。根據(jù)光伏電站PPV,t、Us,t，確定時(shí)段t光伏電站運(yùn)行區(qū)段n。若時(shí)段t為白天，則光伏電站無(wú)功出力限額根據(jù)其所在的區(qū)段確定，若時(shí)段t為夜間，則光伏電站無(wú)功出力上、下限均設(shè)置為0，具體表達(dá)式為式中：為光伏電站時(shí)段t最大發(fā)出無(wú)功功率；為光伏電站時(shí)段t最小發(fā)出無(wú)功功率；為光伏電站運(yùn)行區(qū)段n最大發(fā)出無(wú)功功率；為光伏電站運(yùn)行區(qū)段n最小發(fā)出無(wú)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為算例驗(yàn)證所提方法的有效性。已知該光伏電站共有30個(gè)光伏單元，6條35kV饋線，62個(gè)節(jié)點(diǎn)。假設(shè)光伏單元等值發(fā)電機(jī)額定容量均為1MW。靜止無(wú)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(wú)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(wú)功損耗的無(wú)功出力范圍優(yōu)化模型，計(jì)算得到算例電站在不同PPV和Us下的無(wú)功能力分別如圖3和圖4所示。圖3

最大輸出無(wú)功能力

Fig.3

Maximumreactivepowercapacity圖4

最小輸出無(wú)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(wú)功能力有所下降。另外，當(dāng)光伏電站的PPV=0.0，Us=1.03p.u.時(shí)，該電站最大可輸出的無(wú)功功率為13.14MV·A；當(dāng)光伏電站的PPV=1.00p.u.，Us=1.08p.u.時(shí)，最大可發(fā)出的無(wú)功功率為0.52MV·A。該站在2種不同的運(yùn)行狀態(tài)下最大發(fā)出無(wú)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(wú)功能力有所上升。同時(shí)從圖4中可以得知，光伏電站的PPV=1.00p.u.，Us=1.08p.u.時(shí)，該電站最小可輸出無(wú)功功率為–20.94MV·A，即該站可吸收20.94MV·A無(wú)功功率。當(dāng)光伏電站PPV=0.00，Us=1.03p.u.時(shí)，最小可發(fā)出的無(wú)功功率為–4.07MV·A，即該站可吸收4.07MV·A無(wú)功功率。該站在2種不同運(yùn)行狀態(tài)下最小輸出無(wú)功功率相差約5倍。2.3

光伏電站無(wú)功出力限額分時(shí)段等值方法有效性驗(yàn)證研究光伏、風(fēng)電等新能源站的無(wú)功出力有利于系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)相似日的數(shù)據(jù)分析可得到該日有功出力波動(dòng)范圍為0.1~0.7p.u.，接入點(diǎn)電壓波動(dòng)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(yùn)行狀態(tài)分為16個(gè)區(qū)間。各個(gè)區(qū)段詳細(xì)無(wú)功出力能力如表2所示。表2

各區(qū)段光伏電站無(wú)功出力限額Table2

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

光伏電站無(wú)功出力能力計(jì)算結(jié)果

Fig.5

CalculationresultsofreactivepoweroutputcapacityofPVpowerplant

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