地區(qū)電網(wǎng)與新能源無功電壓協(xié)調控制

摘要：隨著新能源的問世，將其應用到地區(qū)電網(wǎng)建設中，其產(chǎn)生的作用越來越明顯，尤其是在無功電壓協(xié)調控制中，通過新能源的合理化應用，其不僅可以對無功電壓進行協(xié)調控制，還有助于電網(wǎng)的協(xié)調穩(wěn)定發(fā)展，基于此，文章就地區(qū)電網(wǎng)與新能源無功電壓協(xié)調控制展開了詳細分析，希望能對當前的無功電壓協(xié)調控制工作帶來一定幫助。

關鍵詞：地區(qū)電網(wǎng)新能源 無功電壓協(xié)調控制

前言：很多新能源電廠中安裝的無功補償裝置都不相同，相應的無功電壓控制方法也各不相同。風電場當中無功補償裝置主要有離散型的電容器與連續(xù)的SVG，光伏電站中的光伏組件可以持續(xù)進行無功操作。新能源廠站中的無功投入能對新能源接入點電壓進行合理控制，但由于新能源廠站有功輸出會對接入點的電壓運行帶來影響，因此由于新能源出力特性之間的差異，接入點電壓也會發(fā)生不同的變化。

1新能源接入地區(qū)電網(wǎng)無功源主要特點

新能源廠站當中包含較多的無功源，比如常見的光伏組件、風電機組、無功補償裝置等。這里面風電機組又包含雙饋機組、鼠籠機組等;光伏組件包含兩種，即電流式并網(wǎng)、電壓式并網(wǎng);無功補償設備中包含SVC、電容/電抗，SVG。

從無功電壓的研究特性分析了解到：1）鼠籠機組不能進行無功調節(jié)，主要是用定功率因數(shù)進行運行，風電場電壓波動要用到無功調節(jié)時，需要使用風電場升壓變無功補償設備控制;雙饋機組與永磁直驅動機組可以進行無功調節(jié)。2）電流源并網(wǎng)可以控制逆變器交流側功率因數(shù)保持恒定，在這一并網(wǎng)模式下，很多并網(wǎng)光伏電站都是用電流源并網(wǎng)，在電壓源并網(wǎng)期間，逆變器通過對吸收發(fā)出功率進行調節(jié)，能維持逆變器交流電壓恒定，在這一并網(wǎng)模式下，逆變器無功功率將進一步增加，所以這一方法很少使用。

2 AVC系統(tǒng)

AVC系統(tǒng)源自于上世紀80年代，主要應用在電網(wǎng)中，又被稱為二次電壓調節(jié)網(wǎng)，其主要目標為實現(xiàn)對無功功率與電壓的集中控制。這一系統(tǒng)的基本功能為在確保電網(wǎng)穩(wěn)定運行的條件下，確保典雅及功率因數(shù)符合實際標準，同時有效減少系統(tǒng)無功潮流帶來的有功損耗。這一系統(tǒng)在PAS中獲得控制模型，在SCADA中獲得數(shù)據(jù)并進行相應的分析和計算，對電網(wǎng)中不同變電所有載調壓與無功補償裝置進行統(tǒng)一監(jiān)管與控制，實現(xiàn)對全網(wǎng)中無功電壓的優(yōu)化管控。

3 構建方案

3.1 系統(tǒng)組成

地區(qū)電網(wǎng)中的主站為AVC系統(tǒng)，子站為新能源AVC。主站借助電網(wǎng)數(shù)據(jù)與狀態(tài)進行計算與分析，并對電網(wǎng)母線電壓、電網(wǎng)無功潮流自動堅實、發(fā)電機無功等實現(xiàn)對無功調控設備的閉環(huán)控制。總的控制模式為無功電壓二級協(xié)調控制模式。詳情如下圖1。

在實現(xiàn)期間，主站和子站以二次防護為基準，借助數(shù)據(jù)網(wǎng)連接完成信息通信，利用標準化的規(guī)定建立數(shù)據(jù)傳輸連接。主站系統(tǒng)結合全局網(wǎng)絡模型與實時數(shù)據(jù)開展分析計算，然后完成對子站的命令下達，電場在受到這一控制策略后，就能對并網(wǎng)風機、無功補償設備及變壓器進行適當調節(jié)，最后將調節(jié)的無功情況展現(xiàn)給主站，最終形成閉合環(huán)路控制。

3.2控制措施

新能源子站系統(tǒng)在收到來自主站的命令后，對其自身的無功功率進行調節(jié)，進而就可以對并網(wǎng)點電壓進行合理控制，整體的調節(jié)速度與控制精度需要結合電力系統(tǒng)電壓調節(jié)需求。風電場與光伏電站中的無功調節(jié)包含光伏逆變器無功功率、調節(jié)風機、調節(jié)集中補償裝置。其主要控制措施為：

（1）利用AVC系統(tǒng)進行區(qū)域劃分與平衡控制;（2）風電場與光伏電站電壓在110KV以下的線路中與主網(wǎng)連接的部分歸入到地區(qū)電網(wǎng)控制當中，并進行無功電壓優(yōu)化;（3）主站結合不同區(qū)域無功調節(jié)功能與平衡情況，設定子站并網(wǎng)點電壓控制值，風電場或光伏電站子站系統(tǒng)結合給出的電壓值，對風機光伏逆變器、變壓器、集中無功補償裝置進行合理控制，確保并網(wǎng)點電壓符合實際控制需求;（4）再對風電場無功需求和可調節(jié)范圍進行判斷，對并網(wǎng)點的電壓設定值進行適當調節(jié)，從而充分展現(xiàn)風機的無功調節(jié)功效;（5）受到風電與光伏電站功率預測的影響，在無功調節(jié)控制中應對慢速與快速無功調節(jié)設備進行合理化控制。

3.3技術要點

主站系統(tǒng)需要在通信、功能、配置、精度上符合以下幾點要求：

（1）主站及子系統(tǒng)需要符合二次防護標準，利用調度數(shù)據(jù)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信，借助標準化的接口創(chuàng)建數(shù)據(jù)傳輸無縫連接;（2）主站當中的所有軟件都要云集到一個平臺中來，完成集群無功電壓控制;（3）主站系統(tǒng)需要結合全局網(wǎng)絡模型與數(shù)據(jù)，對整體的網(wǎng)絡系統(tǒng)情況進行計算分析，開展分區(qū)分級閉環(huán)控制。針對風電場或光伏電站，主要由主站系統(tǒng)給出電壓與功率曲線，在特定電場的情況下，確保其不會影響主網(wǎng)中的無功電壓;（4）主站按照電壓等級劃分電壓控制區(qū)，結合負荷預測及功率預測，在保證項目指標與全網(wǎng)無憂的情況下，給出不同控制區(qū)域的母線節(jié)點電壓設定值與聯(lián)絡線信息，控制實際周期在60min以內(nèi)。子站應該介個區(qū)域當中的無功控制設備，將無功區(qū)域中的不同需求劃分到不同的控制裝備上，例如SVC、AVR等設備，然后結合電壓參考值，確保中樞節(jié)點電壓在這一區(qū)域內(nèi)，控制實際命令時間大約為5min。

3.4 協(xié)調方案

受到風電場或光伏電站系統(tǒng)接入方式與拓撲關系的影響，主站當中先要對新能源電廠進行合理劃分，接著實施二級電壓協(xié)調控制。這一方法在地區(qū)電網(wǎng)220kV主網(wǎng)當中能找到新能源電場升壓主線，基本控制原則為實施二級電壓控制。子站在確保自身電壓符合實際標準的情況下，與二級電壓控制保持在同一個方向。

具體而言，拓撲類型主要可以劃分成以下2種：若升壓站中高壓母線同時能夠拓撲到220kV的主網(wǎng)當中，就可以將升壓站當中的高壓端母線當做主要的控制目標;若升壓站當中不包含高壓母線，那么可以利用拓撲方式搜索升壓站高壓母線。

在完成拓撲搜索區(qū)域劃分時，主站需要先以網(wǎng)絡拓撲為主要基礎，結合升壓站出線與地區(qū)電網(wǎng)結構相連，同時對其進行區(qū)域劃分;檢查控制目標電壓是否在標準范圍內(nèi)，電壓越線期間應該采取適當方法進行校正，確保有功的條件下，控制母線電壓在合理的范圍;在無功不足的情況下，要防止母線電壓越線。確保目標沒有越線，并與區(qū)域中的二級電壓控制相結合，結合區(qū)域中的電壓現(xiàn)狀對當前的電壓進行適當?shù)恼{節(jié)。二級電壓控制應采取裕度調節(jié)法，主站在進行無功控制期間，需要對裕度值進行合理排序，進而實現(xiàn)對序列的合理化調控，確保調節(jié)成效符合實際標準。若要對區(qū)域電壓進行上調，應先對裕度較大的控制母線電壓進行適當調節(jié)，對于裕度較小的母線電壓可以保持其數(shù)值不變;若要對區(qū)域電壓進行下調，則應對下調裕度較大的母線電壓進行適當調節(jié)，對于下調裕度小的母線電壓進行調節(jié)時，可以先保持其數(shù)值不變;若不需要對區(qū)域電壓進行調控，則要對不同控制母線進行裕度調節(jié)，確保其調節(jié)方向符合實際調節(jié)要求。

結語：綜上所述，將新能源應用到地區(qū)電網(wǎng)無功電壓協(xié)調控制中取得了明顯的成效，文章以新能源電廠無功電壓分布與調度分級管理為基礎，給出了一種AVC無功電壓協(xié)調控制方法，同時闡述了這一方法的原理與應用。在現(xiàn)場使用中，這一方案可以對新能源電場無功與電壓波動情況進行合理化約束，促使電網(wǎng)潮流不斷更新，最終確保了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

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作者簡介：呂福云（1975-）， 女，高級工程師，本科，從事電網(wǎng)無功專責工作。