一种光伏发电主动支撑集群构建及控制方法与流程

本发明涉及光伏发电控制领域，更具体地说涉及一种光伏发电主动支撑集群构建及控制方法。

背景技术：

1、近年来，随着构建以新能源为主体的新型电力系统建设的逐步推进，光伏发电在能源系统中的比例迅速提高。

2、目前，光伏机组发电原理、控制方式、并网设备和外部特性均与常规机组有较大差别。如光伏机组本身的电力电子装备属于不具备转动惯量的静止元件，无法像同步机一样自发响应频率变化。并且为了最大化利用能源，光伏机组通常采用追踪最大功率的控制方式，不提供有功备用，因此不具备类似同步机在系统频率变化时的惯量支撑和主动一次调频能力。另一方面，当前光伏机组普遍存在单机容量小、数量多，光伏电站调控运行复杂、缺乏协同控制的问题，降低了能源利用效率。

3、随着光伏发电在整个能源系统中的占比快速提高，电力系统基础的并网技术由交流同步向发电装备控制转变。光伏机组怎样为新型电力系统提供主动支撑(如惯量支撑、主动调频以及主动调压等)是增强新型电力系统安全稳定运行和新能源高效消纳的迫切需求。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明提供了一种光伏发电主动支撑集群构建及控制方法，本发明的发明目的在于解决光伏机组为新型电力系统提供主动支撑的问题。本发明的光伏发电主动支撑集群构建方法是利用光伏电站各单元机组的基本参数进行相似性分析，选取相似单元机组构建具有主动支撑能力的光伏发电集群。本发明的光伏发电主动支撑集群的控制方法首选确定构建的光伏发电集群中各单元机组的运行模式，确定哪些是以功率参考模式运行的机组，哪些是以主动支撑模式运行的机组，以功率参考模式运行的机组，为主动支撑模式运行的机组提供功率参考值，主动支撑模式运行的机组根据功率参考值确定稳态运行点，在受到扰动时，自主响应系统变化，提供主动支撑能力。

2、为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明是通过下述技术方案实现的。

3、本发明第一方面提供了一种光伏发电主动支撑集群构建方法，该构建方法具体为，对光伏电站各单元机组的基础参数进行相似性分析，选取相似单元机组构建光伏主动支撑集群；具体包括以下步骤：

4、s101、采集光伏电站各单元机组的基本参数；

5、s102、通过数据预处理的方式将基本参数转化为多维空间坐标；

6、s103、利用聚类算法选取相似机组，构建光伏主动支撑集群；

7、s104、判断构建的光伏主动支撑集群是否满足要求，即判断构建的光伏主动支撑集群所包含的单元机组数量和实际所需的规模数量，若实际数量大于或等于所需的规模数量，则该集群被确定为光伏主动支撑集群；否则返回s101步骤，采集数量更多的单元机组的基本参数，重复上述步骤，直至构建的光伏主动支撑集群满足要求。

8、更进一步优选的，所述基本参数是单元机组各组成部件的标定参数或单元机组的运行参数，所述标定参数包括光伏面板的总峰值功率skwp和光伏逆变器的额定功率sinv；所述运行参数包括单元机组某特定日期的单日发电量qday和单元机组某特定月份的月发电量qmon；这些数据共同组成单元机组的基本参数ci{ci1,ci2,…,cin},其中，i为单元机组的索引值(1≤i≤m)，n为基本参数的总个数。

9、更进一步优选的，s102步骤中，所述数据预处理的方式包括去均值、归一化、pca和或lda方式。

10、更进一步优选的，s102步骤中，利用数据归一化方法将单元机组的基本参数ci{ci1,ci2,…,cin}转化为多维空间坐标pi{zi1,zi2,…,zik},归一化方法数据输出与输入维度相等，即k=n；多维空间坐标的计算公式为，

11、，式中，表示基本参数各维度的均值，表示基本参数各维度的方差。

12、更进一步优选的，s103步骤中，所述聚类算法为密度聚类、图论聚类或网格聚类。

13、更进一步优选的，s103步骤中聚类过程为：任意选定一个单元机组，统计该单元机组多维空间坐标距离小于设定领域阈值的单元机组的数量；若大于设定的数目，则该单元机组视为核心对象被纳入第一个集群，在此单元机组坐标领域范围内的其他单元机组也被纳入该集群，否则被视为噪声；

14、提取第一个集群中非核心对象的其他单元机组的领域范围，确定其他单元机组的领域范围内的单元机组是否也属于该集群，直至集群中所有单元机组都被确定；

15、选取一个新的单元机组坐标，重复上述步骤，直至所有单元机组对应的多维空间坐标均被访问且被判断为属于某个集群或噪声。

16、本发明第二方面提供了一种基于第一方面构建的光伏发电主动支撑集群的控制方法，该控制方法包括以下步骤：

17、s201、确定光伏发电主动支撑集群中各单元机组的运行模式，确定出以功率参考模式运行的单元机组和主动支撑模式运行的单元机组；

18、s202、以功率参考模式运行的单元机组工作在功率参考模式下，为主动支撑模式运行的单元机组提供功率参考值；

19、s203、主动支撑模式运行的单元机组根据功率参考值，确定稳态运行点；

20、s204、主动支撑模式运行的单元机组在受到扰动时，自主响应系统变化，提供惯量支撑、主动调频或主动调压的主动支撑能力。

21、进一步优选的，所述s201步骤中，确定光伏发电主动支撑集群中各单元机组的运行模式，具体是指，

22、根据光伏发电主动支撑集群中各单元机组对应的多维空间坐标，确定光伏主动支撑集群的集群中心；

23、计算各单元机组对应的多维空间坐标到集群中心的距离，将距离集群中心最近的单元机组确定为参考机组，命名为pv0；剩余单元机组确定为主动支撑机组，命名为pvj，1≤j≤n，n为光伏发电主动支撑集群中单元机组的总数量；

24、指定参考机组以功率参考模式运行，通过功率参考模式获取最大功率，为主动支撑机组提供功率参考值，主动支撑机组以主动支撑模式运行。

25、更进一步优选的，s201步骤中，确定光伏主动支撑集群的集群中心的计算公式为，

26、，式中，表示集群中心坐标各维度的值，n表示光伏发电主动支撑集群中单元机组的总数量，表示构成光伏发电主动支撑集群的所有单元机组索引值的集合。

27、更进一步优选的，各单元机组对应的多维空间坐标到集群中心的距离，为欧式距离、马氏距离或闵式距离。

28、更进一步优选的，以欧式距离为例，各单元机组对应的多维空间坐标到集群中心的距离的计算公式为，

29、，式中，表示单元机组j对应的多维空间坐标到集群中心的距离，zjq表示单元机组j对应的多维空间坐标第d维度的值，表示集群中心坐标第d维度的值，k表示多维空间坐标的总维度。

30、进一步优选的，s203步骤中，确定稳态运行点的具体步骤包括：

31、计算各主动支撑机组pvj的比例因子αj；

32、计算各主动支撑机组pvj工作在稳态运行点时的基准功率pj、qj。

33、更进一步优选的，各主动支撑机组的比例因子的计算式为，

34、，式中，zjd表示第j个主动支撑机组坐标第d维度的值；z0d表示参考机组坐标第d维度的值，表示坐标各维度的比例系数。

35、更进一步优选的，各主动支撑机组工作在稳态运行点时的基准功率的计算式为，

36、pj=γαjp0max；

37、qj=qj0；式中，pj表示主动支撑机组稳态有功功率，qj表示主动支撑机组稳态无功功率；γ表示系统裕度，p0max表示参考机组最大功率，qj0表示无功参数，默认为0。

38、进一步优选的，s204步骤中，主动支撑模式运行的单元机组在受到扰动时，自主响应系统变化，提供惯量支撑、主动调频或主动调压的主动支撑能力，具体步骤为：

39、根据惯量支撑模型、主动调频模型和主动调压模型，计算光伏发电主动支撑集群整体所需的功率变化量、；

40、根据光伏发电主动支撑集群中各主动支撑机组的稳态基准功率及比例因子，计算各主动支撑机组需分配的功率变化量、；

41、重新确定各主动支撑机组工作在稳态运行点时的基准功率、。

42、更进一步优选的，所述惯量支撑模型的计算式由转子运动方程和励磁绕组得出：

43、 ；

44、；

45、式中，表示惯量支撑有功功率，ki表示惯量支撑系数，f(t)表示系统瞬时频率，tj表示惯性时间常数，pn表示系统额定功率，fn表示系统额定频率。

46、更进一步优选的，所述主动调频模型采用比例调节，计算式为

47、；

48、；式中，表示主动调频有功功率，kf表示有功调频系数；表示死区函数，表示系统频率偏差，表示系统功率差值。

49、更进一步优选的，所述主动调压模型采用比例积分调节，计算式为

50、；

51、；式中，表示主动调压无功功率，kp、ki表示比例积分系数，vs表示系统给定电压值，vc表示系统实际电压值。

52、更进一步优选的，光伏发电主动支撑集群整体所需的功率变化量的计算式为，

53、；

54、；式中，表示整体有功变化量，表示整体无功变化量，表示惯量支撑有功功率，表示主动调频有功功率，表示主动调压无功功率。

55、更进一步优选的，各主动支撑机组需分配的功率变化量的计算式为，

56、；

57、；式中，表示主动支撑机组有功变化量，表示主动支撑机组无功变化量。

58、更进一步优选的，各主动支撑机组工作在稳态运行点时的基准功率的计算式为，

59、；

60、；式中，表示主动支撑机组工作在稳态运行点时的有功功率基准值，表示主动支撑机组工作在稳态运行点时的无功功率基准值。

61、与现有技术相比，本发明所带来的有益的技术效果表现在：

62、1、本发明基于光伏电站各单元机组的基础参数进行相似性分析，选取相似机组构建光伏主动支撑集群，本发明还提供一种应用于上述光伏主动支撑集群的控制方法。在电力系统受到扰动时光伏主动支撑集群自主响应系统变化，为系统提供惯量支撑、主动调频、主动调压等主动支撑能力，能够增强新型电力系统稳定运行。

63、2、能源转型背景下电力系统高比例新能源化、高比例电力电子化发展，导致电力系统由传统的高惯量向低惯量过渡发展，传统跟踪电网型并网电力电子装备由于无主动调压调频能力，已无法满足新型电力系统发展提出的提供惯量支撑、主动调频、主动调压等主动支撑能力要求。针对上述问题，本发明基于光伏电站各单元机组的基础参数进行相似性分析并提供了一种具有主动支撑能力的光伏发电集群，具有能够让传统光伏发电机组具备主动支撑能力，并在电力系统受到扰动时由光伏主动支撑集群自主响应系统变化，为系统提供惯量支撑、主动调频、主动调压等主动支撑能力，增强新型电力系统稳定运行的显著效果。

64、3、本发明提供的光伏单元机组相似性分析方法可构建具有相似特征的光伏集群，在上述集群的基础上，除了实施本发明提供的主动支撑控制方法外，还可用于分布式光伏系统的集群化运维，解决分布式光伏机组因配置参数、地理位置、安装环境等条件差异呈现不同的发电特性，造成无法建立评价指标进行集中运维的问题，能够提高分布式光伏电站运维检修效率。