10k V并網(wǎng)新能源場站AVC子站控制策略研究

曹德發(fā) 王映萍 鄔奇林 林志杭

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局）

0 引言

10kV并網(wǎng)的新能源場站AVC子站與配網(wǎng)AVC主站能實現(xiàn)上下級控制的協(xié)調(diào)。AVC子站對新能源場站內(nèi)現(xiàn)有的新能源機組、電容電抗SVC／SVG的無功調(diào)節(jié)能力進行全面統(tǒng)計，綜合計算出場站內(nèi)10kV并網(wǎng)點無功調(diào)節(jié)的能力范圍，并上送至配網(wǎng)AVC主站，保證主站計算電壓控制策略時能充分考慮新能源場站自身的控制調(diào)節(jié)能力。AVC子站接收配網(wǎng)AVC主站下發(fā)的10kV并網(wǎng)點電壓控制目標(biāo)，在機組機端電壓合格的基礎(chǔ)上，調(diào)節(jié)站內(nèi)機組和無功設(shè)備，實現(xiàn)該控制目標(biāo)。

本文從控制對象、目標(biāo)及算法詳細分析該10kV并網(wǎng)新能源場站AVC子站系統(tǒng)。

1 控制對象

通過10kV并網(wǎng)的集中式風(fēng)電、光伏、儲能等新能源場站AVC子站通過遠動通道接收調(diào)度主站下發(fā)的高壓側(cè)母線電壓目標(biāo)值，子站完成調(diào)度主站對無功調(diào)整的控制手段包括：新能源機組無功、SVC／SVG動態(tài)無功補償裝置、傳統(tǒng)電容器／電抗器、有載調(diào)壓主變分接頭。

1.1 調(diào)整新能源機組無功出力

新能源機組無功輸出的控制一般有兩種方式：調(diào)整新能源機組的無功出力與調(diào)整新能源機組的功率因數(shù)。

在調(diào)整機組功率因數(shù)模式下，由于在2次控制指令的間隔機組保持功率因數(shù)不變，在此期間的無功要受機組有功波動的影響，機端電壓也受有功波動的影響，不利于場站電壓控制。因此，建議在有條件時均采用直接調(diào)整新能源機組無功的方式。

1.2 調(diào)整SVC／SVG等動態(tài)無功補償裝置

對于目前新能源場站已經(jīng)安裝配置的SVC／SVG等動態(tài)無功補償裝置，也應(yīng)接入無功電壓控制子站中，參與無功控制。子站采用電壓和無功目標(biāo)相結(jié)合的方式來控制SVG／SVC動態(tài)無功補償裝置。子站同時向SVC／SVG裝置發(fā)送高壓側(cè)母線電壓上下限值和無功設(shè)定值，其控制邏輯如下：

1）當(dāng)高壓側(cè)母線電壓在設(shè)定的電壓限值范圍內(nèi)時，SVC響應(yīng)子站下發(fā)的無功設(shè)定值，發(fā)出指定的無功；

2）當(dāng)高壓側(cè)母線電壓越出電壓設(shè)定的電壓限值范圍時，SVC裝置不再等待子站的無功指令，自行動作進行毫秒級的快速無功調(diào)整。

采用這種“電壓+無功”的綜合控制方式，可以在穩(wěn)態(tài)情況下，通過無功指令，實現(xiàn)SVC／SVG與電容器或新能源、小水電機組等其他無功設(shè)置之間的精確協(xié)調(diào)控制，用其他慢速無功設(shè)備的無功置換快速的SVC／SVG無功，最大化快速無功的儲備；也可以實現(xiàn)多臺SVC／SVG之間的無功精確協(xié)調(diào)控制，避免由于不同SVC／SVG裝置的響應(yīng)速度不同，出現(xiàn)站內(nèi)的無功不合理流動。同時，采用這種方式，還可以保證在故障暫態(tài)下，當(dāng)電壓出現(xiàn)劇烈波動時，SVC／SVG可以自主快速動作，在毫秒級對電壓進行調(diào)整，避免暫態(tài)情況下的機組因電壓異常而脫網(wǎng)。

1.3 調(diào)整主變分接頭

新能源場站升壓站主變分接頭的控制權(quán)限屬于場站運行值班人員，也可以加入到自動電壓控制子站中，參與閉環(huán)自動控制。當(dāng)子站在需要調(diào)節(jié)分頭時，其將調(diào)節(jié)指令發(fā)至升壓站監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)負責(zé)執(zhí)行，并將結(jié)果反饋至子站?？紤]到目前的實際情況，子站具備自動控制主變分頭的控制，但是一般不投入自動閉環(huán)。當(dāng)其他手段用盡，需要調(diào)節(jié)分頭時，系統(tǒng)給出調(diào)整分接頭的提示。

2 控制目標(biāo)

新能源場站AVC子站的電壓無功控制目標(biāo)為：兼顧新能源機組機端電壓在合格的范圍內(nèi)，以10kV高壓側(cè)母線電壓為控制目標(biāo)，最大化SVC／SVG快速無功設(shè)備的動作裕度，應(yīng)對電壓異常變化情況。

AVC子站對電壓無功的自動控制具有三個目標(biāo)，按控制的優(yōu)先級排序如下：

（1）監(jiān)控并維持新能源機組機端電壓在合格范圍內(nèi)

若出現(xiàn)機組機端電壓臨近越限，將執(zhí)行校正控制，首先利用該機組本身及鄰近機組的無功出力將其電壓拉回。若機組無功調(diào)節(jié)能力不夠，將采用SVC設(shè)備進行調(diào)節(jié)。該控制目標(biāo)保證機組不因電壓問題出現(xiàn)脫網(wǎng)，為電壓的校正控制。

（2）跟隨主站下發(fā)的對高壓母線的電壓控制目標(biāo)

在滿足上述目標(biāo)1的基礎(chǔ)上，調(diào)度主站向子站下發(fā)高壓側(cè)母線電壓控制目標(biāo)，子站控制無功電壓設(shè)備和機組，從而實現(xiàn)該控制目標(biāo)；當(dāng)子站與調(diào)度主站的通信出現(xiàn)中斷時，能夠按照就地閉環(huán)方式，依照預(yù)先給定的高壓側(cè)母線電壓的運行曲線進行控制。該控制目標(biāo)充分保證場站高壓側(cè)母線電壓的合格。

（3）維持場站內(nèi)無功平衡，并保留較大的動態(tài)無功裕度

在滿足控制目標(biāo)1、2的基礎(chǔ)上，AVC子站系統(tǒng)能平衡場內(nèi)無功流動，避免機組之間或多臺SVC／SVG之間出現(xiàn)不合理的無功環(huán)流。同時，在電壓合格的基礎(chǔ)上，能使用機組的無功去置換出SVC／SVG的無功，使SVC／SVG保持有比較大的動態(tài)無功調(diào)節(jié)裕度，為應(yīng)對電壓異常變化做好準(zhǔn)備。

上述3個目標(biāo)中，控制目標(biāo)1、2是為保證場站正常運行以及新能源上網(wǎng)區(qū)域電壓正常的校正控制，控制目標(biāo)3是為應(yīng)對電壓異常變化做好的優(yōu)化預(yù)防控制準(zhǔn)備。

在無功電壓自動控制方面，AVC子站能夠協(xié)調(diào)控制機組、低壓電容／抗器及主變分頭、動態(tài)無功補償設(shè)備，快速跟隨主站下發(fā)的控制目標(biāo)，控制優(yōu)先調(diào)整調(diào)節(jié)速度快的設(shè)備，調(diào)整較慢的設(shè)備應(yīng)隨后跟進，保證場站留有充足的動態(tài)（調(diào)節(jié)速度較快的）無功補償容量，從而最大化快速動態(tài)調(diào)節(jié)無功儲備，提高場站抵御電壓異常的無功動態(tài)裕度。

3 控制算法

新能源場站AVC子站綜合考慮電容電抗等離散調(diào)節(jié)設(shè)備和升壓站內(nèi)的SVC／SVG等連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)備，以及輻射網(wǎng)內(nèi)的新能源機組無功出力，進行全場站內(nèi)的二級電壓控制計算。可分為機組機端電壓校正控制、高壓側(cè)母線電壓追隨控制和場內(nèi)無功電壓優(yōu)化控制3個流程。

通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道，AVC子站接收調(diào)度AVC主站下發(fā)的場站高壓側(cè)母線電壓調(diào)整量，也可以接收高壓側(cè)母線電壓的控制目標(biāo)值和參考值。根據(jù)場站當(dāng)前各機組機端電壓情況，以及高壓側(cè)母線電壓與調(diào)度AVC主站下發(fā)目標(biāo)值的差值情況，進入不同的控制流程。

3.1 新能源機組機端電壓校正控制

校正控制的目標(biāo)是維持場站內(nèi)各機組的機端電壓均在安全范圍內(nèi)，將進入（緊急）校正狀態(tài)下的機組控制回正常狀態(tài)。當(dāng)機組機端電壓越限，超過指定的安全限值時，機組進入緊急校正控制狀態(tài)。這時，系統(tǒng)優(yōu)先控制越限的機組自身的無功，將其機端電壓控制到安全限值內(nèi)。如越限的機組已經(jīng)沒有可控的無功資源，則以電氣距離由近到遠的原則，控制與越限機組運行在同一集電線上的其他機組的無功出力；如該集電線所有機組均無可控?zé)o功，則控制該集電線所連接35kV母線的SVC／SVG或電容器無功，以消除機組機端電壓越限。

正常情況下，場站內(nèi)各機組機端電壓雖有差別，但其總體電壓水平應(yīng)比較接近，若場站內(nèi)同時出現(xiàn)機組因電壓過高和電壓過低進入（緊急）校正控制狀態(tài)，則其他機組和SVC／SVG設(shè)備保持原值，在AVC系統(tǒng)的人機界面中給出報警信號，提示是否存在量測錯誤，或機組箱變的變比設(shè)定不合理。

3.2 高壓側(cè)母線電壓追隨控制

當(dāng)場站內(nèi)所有運行的機組的機端電壓均在合格范圍內(nèi)時，系統(tǒng)進入高壓側(cè)母線電壓的追隨控制流程。這時，當(dāng)AVC主站下發(fā)的場站高壓側(cè)控制目標(biāo)電壓與當(dāng)前電壓偏差超過控制死區(qū)時，或主站下發(fā)高壓側(cè)母線升壓或降壓的控制指令時，進入高壓側(cè)母線電壓的追隨控制，控制過程如下：

場站AVC子站接收到AVC主站下發(fā)的場站高壓側(cè)母線電壓調(diào)整量后，首先計算為了達到高壓側(cè)母線碘化銀控制目標(biāo)值所需要的總無功值，然后根據(jù)目前SVC／SVG的可調(diào)容量、全部機組的可調(diào)容量以及電容／抗器的可調(diào)容量，計算采用的控制手段和調(diào)整值。計算的主要原則為：在穩(wěn)態(tài)情況下優(yōu)先考慮采用機組無功作為基礎(chǔ)的調(diào)壓手段，盡量為SVC保留可動作的無功儲備裕度。因此系統(tǒng)會優(yōu)先采用電容／抗器無功；當(dāng)電容／抗器無功用盡，或者根據(jù)電壓預(yù)估結(jié)果，電容／抗器已經(jīng)無法繼續(xù)投切時，采用機組無功；當(dāng)機組無功用盡時，采用SVC／SVG無功。

由于對SVC／SVG裝置采用前述“電壓+無功”的綜合控制方式，因此可以按照上述原則實現(xiàn)多種無功設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。

3.3 場內(nèi)無功電壓優(yōu)化控制

當(dāng)全場運行機組的機端電壓均在安全限值范圍內(nèi)，并且AVC主站下發(fā)的高壓側(cè)母線控制目標(biāo)電壓與當(dāng)前電壓偏差在控制死區(qū)范圍內(nèi)時，系統(tǒng)進入場內(nèi)無功電壓優(yōu)化控制流程，其主要過程如下：

在充分考慮各種約束條件后，場站AVC子站根據(jù)機組當(dāng)前的調(diào)節(jié)能力，以最大化SVC／SVG的動態(tài)無功儲備為目標(biāo)，通過控制SVC／SVG的無功出力，同時配合調(diào)節(jié)機組無功出力，將SVC／SVG吸收或發(fā)出的可連續(xù)調(diào)節(jié)無功置換為機組吸收或發(fā)出的無功，從而在維持高壓側(cè)母線電壓水平的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)最大化SVC／SVG的動態(tài)連續(xù)無功儲備。

雖然在穩(wěn)態(tài)的校正控制和追隨控制過程中，系統(tǒng)主要運用了電容／抗器無功和新能源機組無功作為穩(wěn)態(tài)下的調(diào)壓手段，盡量保留SVC／SVG的快速無功裕度，但是當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)電壓異常波動時，根據(jù)前述SVC／SVG的控制方式，SVC／SVG在出現(xiàn)電壓波動的暫態(tài)過程中自主動作，發(fā)出或吸收無功，消除電壓的波動，因此當(dāng)電壓恢復(fù)穩(wěn)定后，SVC／SVG裝置可能已經(jīng)達到無功全部投入／退出的狀態(tài)，這時的優(yōu)化控制流程，可以用其他無功來置換SVC／SVG的快速無功，為SVC／SVG應(yīng)對下一次電壓異常波動做好準(zhǔn)備。

場內(nèi)無功電壓優(yōu)化控制還可以實現(xiàn)多臺SVC／SVG的協(xié)調(diào)控制，避免出現(xiàn)場內(nèi)不合理的無功流動。由于對SVC／SVG裝置采用“電壓+無功”的綜合控制方式，因此可以按照上述原則實現(xiàn)多種無功設(shè)備的協(xié)調(diào)控制。

4 結(jié)束語

隨著新能源的快速發(fā)展，新能源發(fā)電在電力系統(tǒng)中的占比越來越高，對電網(wǎng)的影響也越來越大，新能源并網(wǎng)后的無功電壓優(yōu)化控制越來越受到廣泛的關(guān)注，本文提出一種地區(qū)電網(wǎng)與新能源場站無功電壓協(xié)調(diào)控制的總體技術(shù)方案，詳細闡述了協(xié)調(diào)控制對象、目標(biāo)及算法，并深入研究，較好地解決了新能源并網(wǎng)的無功電壓協(xié)調(diào)控制問題。