并网光伏电站关口无功调节能力的分时段等值方法

01光伏电站无功出力限额的分时段等值方法光伏电站的无功调节能力主要取决于无功补偿设备和光伏单元。建立了考虑站内电压安全约束的光伏电站无功调节能力上下限计算优化模型，本文在此基础上开展进一步研究。某35kV的光伏电站全天实际有功出力和并网点电压曲线如图1所示。由图1可知，在全天的运行时间内，光伏电站有功出力和接入点母线电压均在某一数值附近，变化较为平缓，具有时段特征。考虑到AVC系统采用分时段控制，且每个时段内无功出力限额需保持一致的调控管理方式，结合工程实际中对光伏电站日、夜无功出力的要求，本文提出了接入点电压和有功出力波动阈值的区域图时段融合策略，对光伏电站无功出力限额进行分时段等值。图1

光伏电站有功出力及接入点母线电压

Fig.1

ActivepoweroutputofPVpowerplantandbusvoltageattheaccesspoint

首先，选取若干光伏单元有功出力PPV和并网点电压Us分段点，将光伏电站正常运行情况下状态分为若干区段；其次，依据光伏电站无功出力限额计算模型，结合光伏电站无功出力能力、PPV及Us的单调变化关系，确定每一个区段内的无功出力限额。1.1

区间划分设定每个区段有功出力PPV和接入点电压Us的上下限，将正常运行范围的PPV、Us分为若干个区段，区段划分结果如图2所示。选取PPV1、PPV2、Us1、Us2作为分段点，将正常运行状态划分为了9个区段。图2

光伏电站无功出力限额9区表示

Fig.2

ThereactivepoweroutputlimitofPVplantexpressedin9zones

选取分段点时，通过统计历史数据中一个或多个相似日光伏电站有功出力和接入点母线电压，得到有功出力和接入点母线电压的波动范围。采用等间隔的原则将有功出力和接入点母线电压的波动范围划分区段。区段大小反映了区域所包括的运行状态多少，较多的区段会带来调控管理的不便，而较少的区段则可能导致下文中区段无功出力限额计算出的范围较小。1.2

区段内光伏电站无功出力限额确定用一个确定的无功出力范围表示光伏电站某一运行区段内所有状态下的无功出力能力，则该出力范围必须能够满足区段内任意状态下，光伏电站无功电源的出力能力要求以及站内所有节点的电压安全要求。即某一区段的无功出力限额为该区段内所有运行状态计算所得无功出力限额的交集。根据系统潮流分析以及本章仿真结果可知：Us的升高以及PPV的增加（如图2中实线箭头方向）均会导致光伏电站发出的最大无功功率降低；Us的升高以及增加（如图2中虚线箭头方向）会导致光伏电站最大吸收无功增加。因此对于某区段，光伏电站最大发出无功功率为该区段发出有功功率最小且并网点电压最小时光伏电站的最大无功出力限额；光伏电站最大吸收无功功率为该区段发出有功功率最大且并网点电压最大时光伏电站的最大无功吸收限额。因此，光伏电站最大无功出力限额为式中：分别为第n个区段发出和吸收无功的限额；Pmax、Pmin、Umin、Umax分别为第n个区段内有功功率上、下限以及接入点电压上、下限；为有功出力为Pmin、接入点电压为Umin时光伏电站的最大发出无功功率；为有功出力为Pmax接入点电压为Umax时光伏电站的最大吸收无功功率。1.3

光伏电站运行区段确定本文按小时将00:00—24:00分成24个时段，定义07:00—18:00为白天时间段；00:00—07:00、18:00—24:00为夜间时间段。根据光伏电站PPV,t、Us,t，确定时段t光伏电站运行区段n。若时段t为白天，则光伏电站无功出力限额根据其所在的区段确定，若时段t为夜间，则光伏电站无功出力上、下限均设置为0，具体表达式为式中：为光伏电站时段t最大发出无功功率；为光伏电站时段t最小发出无功功率；为光伏电站运行区段n最大发出无功功率；为光伏电站运行区段n最小发出无功功率。02算例分析2.1

基础数据本文选用某35kV光伏电站某日的实测数据作为算例验证所提方法的有效性。已知该光伏电站共有30个光伏单元，6条35kV馈线，62个节点。假设光伏单元等值发电机额定容量均为1MW。静止无功发生器（SVG）的额定电压为35kV，额定容量为±6MV·A。此外，光伏电站的其他参数设置如表1所示。表1

算例相关参数设置Table1

Parametersettingsofcalculationexamples2.2

光伏电站无功出力限额分析基于本文建立的考虑站内电压安全约束和无功损耗的无功出力范围优化模型，计算得到算例电站在不同PPV和Us下的无功能力分别如图3和图4所示。图3

最大输出无功能力

Fig.3

Maximumreactivepowercapacity图4

最小输出无功能力

Fig.4

Minimumreactivepowercapacity

由图3可知，随着光伏站内PPV和Us的升高，光伏电站的最大输出无功能力有所下降。另外，当光伏电站的PPV=0.0，Us=1.03p.u.时，该电站最大可输出的无功功率为13.14MV·A；当光伏电站的PPV=1.00p.u.，Us=1.08p.u.时，最大可发出的无功功率为0.52MV·A。该站在2种不同的运行状态下最大发出无功相差约25倍。由图4可以看出，随着光伏站内PPV和Us的升高，光伏电站的最小输出无功能力有所上升。同时从图4中可以得知，光伏电站的PPV=1.00p.u.，Us=1.08p.u.时，该电站最小可输出无功功率为–20.94MV·A，即该站可吸收20.94MV·A无功功率。当光伏电站PPV=0.00，Us=1.03p.u.时，最小可发出的无功功率为–4.07MV·A，即该站可吸收4.07MV·A无功功率。该站在2种不同运行状态下最小输出无功功率相差约5倍。2.3

光伏电站无功出力限额分时段等值方法有效性验证研究光伏、风电等新能源站的无功出力有利于系统安全稳定运行。针对相似日的数据分析可得到该日有功出力波动范围为0.1~0.7p.u.，接入点电压波动范围为1.04~1.08p.u.。选取有功区段间隔为0.3p.u.，电压区段间隔为0.02p.u.，设置Us1=1.04p.u.，Us2=1.06p.u.，Us3=1.08p.u.，PPV1=0.1p.u.，PPV2=0.4p.u.，PPV3=0.7p.u.。将光伏电站正常运行状态分为16个区间。各个区段详细无功出力能力如表2所示。表2

各区段光伏电站无功出力限额Table2

ReactivepoweroutputlimitofPVpowerplantineachsection当光伏电站接入点电压＞Us＞1.08p.u.时，电压超过安全上限值，判定电压不合格，光伏电站不参与系统无功出力调节。光伏电站全天有功出力曲线与接入点母线电压曲线趋势基本一致，随着有功出力的增加，光伏电站接入点母线的电压也会随之升高。根据全天有功出力曲线及接入点电压曲线，可计算得到光伏电站全天各个时段无功出力上下限，计算结果如图5所示。图5

光伏电站无功出力能力计算结果

Fig.5

CalculationresultsofreactivepoweroutputcapacityofPVpowerplant

由图5可知，光伏电站在定义的夜间时段无功出力能力为0；在白天时段，无功出力能力为–8~12MV·A，具有可观的无功出力能力；在15:00其最大发出无功约为4MV·A，而在08:00其最大发出无功约为11MV·A，不同时段最大发出无功能力相差接近3倍。该计算结果说明，在整个白天时段光伏电站均具有可观的无功出力能力，而在不同时段由于受到接入点电压以及有功出力的影响，无功出力限额相差较大，需要根据实际运行状态确定光伏电站的无