一种自适应无功功率闭环调节方法及系统与流程

本发明涉及新能源无功控制领域，尤其涉及一种自适应无功功率闭环调节方法及系统。

背景技术：

电力系统中，为了降低远距离输电带来的电量损失，实行无功就地平衡，无功就地平衡分为电源侧、变电侧和用户侧，不同区域的无功源方式也不相同。如传统新能源电源侧存在专门用于母线无功补偿的设备，如svc、svg，同时还存在发电侧的电力电子器件，如逆变器或变流器等，使得电源侧存在多无功源且无功响应速率等级也各不相同，svc、svg响应速率为几十毫秒级或百毫秒级，而发电侧逆变器或变流器由于监控网络的通信瓶颈，使得其响应速率达到秒级；另一方面随着新能源参与电网调频调压的不断渗透，改变了发电侧逆变器或变流器的通信方式，使得发电侧逆变器或变流器无功响应缩短到几十毫秒级，为了降低电站的运行成本，逆变器或变流器将承担主要无功源的角色；电源侧变为逆变器或变流器为主要无功源，svc、svg或电容器等无功源作为辅助无功源，即使如此，多无功源、多响应速率情况仍然存在，如果按照最慢响应无功源的速率进行自动电压闭环使得新能源电站无法满足电网动态调压的需求。

现有技术中，公开号为cn102510070a，一种以功率因数为控制目标来实现发电厂自动电压闭环控制的方法，该方法实现的过程如下：1)通信采集发电厂电气控制系统的模拟量、开关量信息；2)根据电厂出线的实际功率因数和目标功率因数，通过计算得出电厂需要承担的总无功功率；3)通过计算将总无功功率合理分配给每台发电机组；4)向发电机的励磁系统发送增减磁信号以调节发电机无功出力，使电厂出线的功率因数达到控制目标值，实现全厂多机组的电压无功自动控制。该方法虽然实现发电厂系统内部无功供、需平衡的闭环控制要求，但是未能解决在进行自动电压闭环时，多无功源、多响应速率而带来的无功源的响应速率慢，使得新能源电站无法满足电网动态调压需求的问题，不具有在电网出现暂态较大电压跌落或抬升时能够以最优的策略响应电网的能力，且仅应用于发电厂系统，也不具有很好的推广价值。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于如何提高无功源的站级响应速率，使得新能源电站能满足电网动态调压需求。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

本发明实施例提供了一种自适应无功功率闭环调节方法，包括以下步骤：

步骤1：根据电站无功源控制速率等级进行确认控制对象的闭环级数；相同控制速率等级的无功源分在同一闭环级数中，并计算各等级控制速率无功源的可支配容量；控制速率越快的无功源，所在的闭环级数越小，控制优先权越高；

步骤2：根据第k次无功响应指令容量qk与各等级控制速率无功源的可支配容量的关系，确定控制对象的闭环级数，并分配各级闭环控制对象的目标值，置位本级闭环控制对象的闭环使能位；

步骤3：控制对象根据与其对应的闭环级数以及分配的目标值进行无功响应，本级闭环控制对象的无功源进行闭环调节。

所述的无功源控制速率等级是指按照各无功源响应时间的快慢把无功源分为三类：毫秒级响应速率的无功源、秒级响应速率的无功源以及分钟级响应速率的无功源；所述的控制对象的闭环级数分为三级：一级闭环控制对象、二级闭环控制对象以及三级闭环控制对象。

所述的相同控制速率等级的无功源分在同一闭环级数中，是指毫秒级响应速率的无功源被分在一级闭环控制对象中；秒级响应速率的无功源被分在二级闭环控制对象中；分钟级响应速率的无功源被分在三级闭环控制对象中。

所述的计算各等级控制速率无功源的可支配容量，是指按照无功源控制速率等级，将系统中所有毫秒级响应速率的无功源的无功容量的总和计为毫秒级可支配无功容量qms；系统中所有秒级响应速率的无功源无功容量的总和计为秒级可支配无功容量qs；系统中所有分钟级响应速率的无功源无功容量的总和计为分钟级可支配无功容量qm。

所述的第k次无功响应指令容量qk是根据δmk-1，并结合系统阻抗值计算出的系统还需要的无功调节容量；其中，m为电网目标值；mk-1为第k-1次无功响应后的并网点值；δmk-1为第k-1次无功响应后反馈的并网点值mk-1与电网目标值之间的差值δmk-1，δmk-1＝m-mk-1；k＝1，2,3…；初始时，取k＝1，第一次无功响应的指令容量为qk＝q1＝q；其中，q为无功调节总容量，所述的无功调节总容量q是根据电网目标值m，结合系统阻抗值计算出的系统需要总的无功调节容量。

所述的根据第k次无功响应指令容量qk与各等级控制速率无功源的可支配容量的关系，确定控制对象的闭环级数，并分配各级闭环控制对象的目标值，置位本级闭环控制对象的闭环使能位，具体的方法如下：

a)当qk≤qms时，控制对象为一级闭环控制对象，分配一级闭环控制对象的目标值为qk，二级闭环控制对象和三级闭环控制对象的目标值均为0，此时置位一级闭环控制对象的闭环使能位；

b)当qk≤(qms+qs)时，则控制对象为二级闭环控制对象，且一级闭环控制对象的目标值为qms，二级闭环控制对象的目标值为(qk-qms)，三级闭环控制对象的目标值为0，此时置位二级闭环控制对象的闭环使能位；

c)当qk≤(qms+qs+qm)时，则控制对象为三级闭环控制对象，且一级闭环控制对象的目标值为qms，二级闭环控制对象的目标值为qs，三级闭环控制对象的目标值为(qk-qms-qs)，此时置位三级闭环控制对象的闭环使能位。

所述的本级闭环控制对象的无功源进行闭环调节的方法如下：

1)计算q1，进行第一次无功响应，并反馈并网点值m1，判断第一次反馈后的并网点值m1是否进入死区范围，如果进入死区范围，则闭环完成；否则，

2)计算q2,进行第二次无功响应；否则，依次进行；

3)计算qk，进行第k次无功响应，并反馈并网点值mk，判断第k次反馈后的并网点值mk是否进入死区范围，如果进入死区范围，则闭环完成；否则，继续进行，直到闭环结束为止。

所述的死区范围为电网目标值m的波动范围；死区范围的区间为：(ml，mh),其中ml电网目标值m的波动的下限值，mh电网目标值m的波动的上限值。

所述的电网目标值m为电网侧需求的电压值、无功功率值以及功率因数值中的一种。

本发明实施例提供了一种自适应无功功率闭环调节系统，包括：

闭环级数确认模块，所述的闭环级数确认模块是根据电站无功源控制速率等级进行确认控制对象的闭环级数；相同控制速率等级的无功源分在同一闭环级数中，并计算各等级控制速率无功源的可支配容量；控制速率越快的无功源，所在的闭环级数越小，控制优先权越高；

闭环使能位置位模块，所述的闭环使能位置位模块是根据第k次无功响应指令容量qk与各等级控制速率无功源的可支配容量的关系，确定控制对象的闭环级数，并分配各级闭环控制对象的目标值，置位本级闭环控制对象的闭环使能位；

闭环调节模块，所述的闭环调节模块用于控制对象根据与其对应的闭环级数以及分配的目标值进行无功响应，本级闭环控制对象的无功源进行闭环调节。

本发明的优点在于：

(1)本发明的方法将电站内的无功源按照响应速率进行分级处理，可以使电站内响应速率最快的无功源优先得到控制，当电网电压出现较大波动时新能源电站能够将响应速率最快的无功源的无功容量释放出来，用以稳定电网电压。

(2)本发明的方法可以使得闭环使能位未置位的控制对象直接快速响应，无需参与缓慢的闭环处理过程，缩短响应速率较快的控制对象的无功响应时间，从而提升整个电站的无功响应速度。

(3)本发明的系统在电网正常情况下电站无功按照最快速率进行响应，当电网出现较大暂态电压跌落或抬升时，新能源电站无功也能够以最优的策略响应电网，提高新能源电站与电网的友好型，具有很好的推广价值。

附图说明

图1是本发明实施例一的一种自适应无功功率闭环调节方法的流程示意图；

图2是本发明实施例一的一种自适应无功功率闭环调节的原理示意图；

图3是本发明实施例二的一种自适应无功功率闭环调节系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1是本发明实施例一的一种自适应无功功率闭环调节方法的流程示意图；如图1所示，所述的闭环调节方法包括：

步骤1：根据电站无功源控制速率等级进行确认控制对象的闭环级数；相同控制速率等级的无功源分在同一闭环级数中，并计算各等级控制速率无功源的可支配容量；控制速率越快的无功源，所在的闭环级数越小，控制优先权越高；

所述的无功源控制速率等级是指按照各无功源响应时间的快慢把无功源分为三类：毫秒级响应速率的无功源、秒级响应速率的无功源以及分钟级响应速率的无功源；

所述的控制对象的闭环级数分为三级：一级闭环控制对象、二级闭环控制对象以及三级闭环控制对象；

所述的相同控制速率等级的无功源分在同一闭环级数中，是指毫秒级响应速率的无功源被分在一级闭环控制对象中；秒级响应速率的无功源被分在二级闭环控制对象中；分钟级响应速率的无功源被分在三级闭环控制对象中；

所述的计算各等级控制速率无功源的可支配容量，是指按照无功源控制速率等级，将系统中所有毫秒级响应速率的无功源的无功容量的总和计为毫秒级可支配无功容量qms；系统中所有秒级响应速率的无功源无功容量的总和计为秒级可支配无功容量qs；系统中所有分钟级响应速率的无功源无功容量的总和计为分钟级可支配无功容量qm。

步骤2：根据第k次无功响应指令容量qk与各等级控制速率无功源的可支配容量的关系，确定控制对象的闭环级数，并分配各级闭环控制对象的目标值，置位本级闭环控制对象的闭环使能位；

所述的第k次无功响应指令容量qk是根据δmk-1，并结合系统阻抗值计算出的系统还需要的无功调节容量；其中，m为电网目标值；mk-1为第k-1次无功响应后的并网点值；δmk-1为第k-1次无功响应后反馈的并网点值mk-1与电网目标值之间的差值δmk-1，δmk-1＝m-mk-1；k＝1，2,3…；

初始时，取k＝1，第一次无功响应的指令容量为qk＝q1＝q；其中，q为无功调节总容量，所述的无功调节总容量q是根据电网目标值m，结合系统阻抗值计算出的系统需要总的无功调节容量；

所述的根据第k次无功响应指令容量qk与各等级控制速率无功源的可支配容量的关系，确定控制对象的闭环级数，并分配各级闭环控制对象的目标值，置位本级闭环控制对象的闭环使能位，具体的方法如下：

a)当qk≤qms时，控制对象为一级闭环控制对象，分配一级闭环控制对象的目标值为qk，二级闭环控制对象和三级闭环控制对象的目标值均为0，此时置位一级闭环控制对象的闭环使能位；

b)当qk≤(qms+qs)时，则控制对象为二级闭环控制对象，且一级闭环控制对象的目标值为qms，二级闭环控制对象的目标值为(qk-qms)，三级闭环控制对象的目标值为0，此时置位二级闭环控制对象的闭环使能位；

c)当qk≤(qms+qs+qm)时，则控制对象为三级闭环控制对象，且一级闭环控制对象的目标值为qms，二级闭环控制对象的目标值为qs，三级闭环控制对象的目标值为(qk-qms-qs)，此时置位三级闭环控制对象的闭环使能位。

步骤3：控制对象根据与其对应的闭环级数以及分配的目标值进行无功响应，本级闭环控制对象的无功源进行闭环调节。

本发明的方法将电站内的无功源按照响应速率进行分级处理，可以使电站内响应速率最快的无功源优先得到控制，当电网电压出现较大波动时新能源电站能够将响应速率最快的无功源的无功容量释放出来，用以稳定电网电压。

图2是本发明实施例一的一种自适应无功功率闭环调节的原理示意图，如图2所示，所述的本级闭环控制对象的无功源进行闭环调节的方法如下：

1)计算q1，进行第一次无功响应，并反馈并网点值m1，判断第一次反馈后的并网点值m1是否进入死区范围，如果进入死区范围，则闭环完成；否则，

2)计算q2,进行第二次无功响应；否则，依次进行；

3)计算qk，进行第k次无功响应，并反馈并网点值mk，判断第k次反馈后的并网点值mk是否进入死区范围，如果进入死区范围，则闭环完成；否则，继续进行，直到闭环结束为止。

所述的死区范围为电网目标值m的波动范围；死区范围的区间为：(ml，mh),其中ml电网目标值m的波动的下限值，mh电网目标值m的波动的上限值。

所述的电网目标值m为电网侧需求的电压值、无功功率值以及功率因数值中的一种。

本发明的方法可以使得闭环使能位未置位的控制对象直接快速响应，无需参与缓慢的闭环处理过程，缩短响应速率较快的控制对象的无功响应时间，从而提升整个电站的无功响应速度。

实施例二

图3为本发明实施例二的一种自适应无功功率闭环调节系统的结构示意图，如图3所示，所述的闭环调节系统包括：闭环级数确认模块s31、闭环使能位置位模块s32以及闭环调节模块s33。

所述的闭环级数确认模块s31包括：速率等级划分单元，闭环级数划分单元，闭环级数分配单元，计算单元。

所述的速率等级划分单元按照各无功源响应时间的快慢把无功源分为三类：毫秒级响应速率的无功源、秒级响应速率的无功源以及分钟级响应速率的无功源；控制速率越快的无功源，所在的闭环级数越小，控制优先权越高；

所述的闭环级数划分单元将控制对象的闭环级数分为三级：一级闭环控制对象、二级闭环控制对象以及三级闭环控制对象；

所述的闭环级数分配单元将相同控制速率等级的无功源分在同一闭环级数中，毫秒级响应速率的无功源被分在一级闭环控制对象中；秒级响应速率的无功源被分在二级闭环控制对象中；分钟级响应速率的无功源被分在三级闭环控制对象中；

所述的计算单元计算各等级控制速率无功源的可支配容量，按照无功源控制速率等级，将系统中所有毫秒级响应速率的无功源的无功容量的总和计为毫秒级可支配无功容量qms；系统中所有秒级响应速率的无功源无功容量的总和计为秒级可支配无功容量qs；系统中所有分钟级响应速率的无功源无功容量的总和计为分钟级可支配无功容量qm。

所述的闭环使能位置位模块s32包括：指令容量计算单元、置位单元。

所述的指令容量计算单元，用于计算第k次无功响应指令容量qk，指令容量qk是根据δmk-1并结合系统阻抗值计算出的系统还需要的无功调节容量；其中，m为电网目标值；mk-1为第k-1次无功响应后的并网点值；δmk-1为第k-1次无功响应后反馈的并网点值mk-1与电网目标值之间的差值δmk-1，δmk-1＝m-mk-1；k＝1，2,3…；初始时，取k＝1，第一次无功响应的指令容量为qk＝q1＝q；其中，q为无功调节总容量，所述的无功调节总容量q是根据电网目标值m，结合系统阻抗值计算出的系统需要总的无功调节容量；

所述的置位单元，根据第k次无功响应指令容量qk与各等级控制速率无功源的可支配容量的关系，确定控制对象的闭环级数，并分配各级闭环控制对象的目标值，置位本级闭环控制对象的闭环使能位，具体的方法如下：

a)当qk≤qms时，控制对象为一级闭环控制对象，分配一级闭环控制对象的目标值为qk，二级闭环控制对象和三级闭环控制对象的目标值均为0，此时置位一级闭环控制对象的闭环使能位；

b)当qk≤(qms+qs)时，则控制对象为二级闭环控制对象，且一级闭环控制对象的目标值为qms，二级闭环控制对象的目标值为(qk-qms)，三级闭环控制对象的目标值为0，此时置位二级闭环控制对象的闭环使能位；

c)当qk≤(qms+qs+qm)时，则控制对象为三级闭环控制对象，且一级闭环控制对象的目标值为qms，二级闭环控制对象的目标值为qs，三级闭环控制对象的目标值为(qk-qms-qs)，此时置位三级闭环控制对象的闭环使能位。

所述的闭环调节模块s33用于控制对象根据与其对应的闭环级数以及分配的目标值进行无功响应，包括闭环调节单元。

所述的闭环调节单元根据本级闭环控制对象的无功源进行闭环调节的方法如下：

1)计算q1，进行第一次无功响应，并反馈并网点值m1，判断第一次反馈后的并网点值m1是否进入死区范围，如果进入死区范围，则闭环完成；否则，

2)计算q2,进行第二次无功响应；否则，依次进行；

3)计算qk，进行第k次无功响应，并反馈并网点值mk，判断第k次反馈后的并网点值mk是否进入死区范围，如果进入死区范围，则闭环完成；否则，继续进行，直到闭环结束为止。

本发明的系统在电网正常情况下电站无功按照最快速率进行响应，当电网出现较大暂态电压跌落或抬升时，新能源电站无功也能够以最优的策略响应电网，提高新能源电站与电网的友好型，具有很好的推广价值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。