•分布式电源及并网技术•
电器与能效管理技术(2017NO . 6)
适应集风光电接入系统的机-场-
-网无功电压协调控制
孙亚璐，王鑫，宋汶秦，张中丹，吕经历，陆军，余泳 (国家电网甘肃省电力公司经济技术研究院，甘肃兰州730050)
摘要：通过分析我国新能源开发普遍具有的集开发、弱电网接入、长距离外送
的特点，提出了机-场-
-
网的无功电压协调控制策略。本控制策略基于“多级协
调，逐级细化”的思路，将策略分为机-场-
-
网四级控制策略，电网级是最高级别
控制层，每级控制站接受上级控制信号并以此为控制目标执行本级动作，同时向下级 站发出控制信号，力求达到全网电压安全稳定运行且尽最大可能实现风光电出力最大 化。最后以甘肃酒泉电网为平台进行仿真验证本策略的高效、准确性。
关键词：集风光电系统；机-场--网无功电压控制；多级协调；控制策略
中图分类号:TM 7
61文献标志码:A 文章编号:2095-8188(2017)6-0063-04 D O I ： 10. 16628/jki. 2095-8188. 2017. 06. 012
孙亚璐（
1990—），
女，工程师，主要从 事电力系统运行分 析。
A Reactive Voltage Coordination Control of Unit-Station-Cluster- Network Adaptable to Clustered Wind-PV Power System
SUN  Yalu ， WANG  Xin , SONGWenqin ， ZHANG  Zhongdan.LV  Jingli , LU  Jun ， YU  Yong
(State  Grid  Gansu  Electric  Power  Company  Economical  Technology  Research  Institute ,
Lanzhou  730050,China )
Abstract ： Wind-photovoltaic clustered grid-connected gives a new challenge to reactive voltage control. By
analyzing the characteristics of clustered development, weak power grid access, long distance delivery in China? s new energy development, this paper proposed a reactive voltage coordination control strategy of unit-station-cluster- network. This strategy is divided into four levels control-unit, station, cluster and network based on the idea of multilevel coordination and step-by-step refinement. Network level is the highest level control, and each level accepts the control signal from higher level and executes the corresponding action, meanwhile, sends out control signal to the lower level,in order to achieve the safe and stable operation of full network voltage and to realize the maximum output as much as possible. Finally, some platform was simulated to verify the effectiveness and accuracy of the strategy.
Key words：clustered wind-photovoltaic power system ； reactive voltage control of unit-station-cluster- network ； multilevel coordination ； control strategy
〇引言
随着以光伏为代表的新能源并网热潮，我国 电网结构发生巨大变化，电力系统更加复杂，同时 电网电压、无功问题也在往更深层次发展。我国 的新能源开发普遍具有集开发、弱电网接入、长
距离外送的特点。新能源波动性强、可控性弱，集 中接入地区往往缺乏常规电源支撑，无功电压问 题突出，容易诱发系统安全事故[1_3]。
文献[4 ]从时间尺度出发，计及无功补偿源 的响应时间，建立风电场“计划+在线+紧急”多 层动静态电压协调控制策略；文献[5]以风电场
王鑫（
1987—），男，工程师，主要从事设计咨询。
宋汶秦（1983—），女，高级工程师，主要从事电力系统运行分析。
—63
—
电器与能效管理技术(2017N 〇. 6)
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的汇集站为电压中枢点，以各风电场升压变的 高压侧电压为约束，协调控制各风电场的无功调 节装置动作；但都未分层考虑机-场--网如 何协调控制。这些工作对集风光电系统的无功 电压控制起到了积极作用，但还需从整个电网的 角度将风光电复杂因素纳入电网整体的无功电压 优化控制中，解决从局部到电网整体的无功电压 问题，提出完善的无功电压控制策略[6_7]。
本文从空间粒度出发，以甘肃电网为应用背 景，设计了适应集风光电接入系统的机_场_ -网无功电压控制策略。
1总体思路
适应集风光电接入系统的机-场--网
无功电压控制策略的根本目的是针对集风光电 接入系统的复杂无功电压问题，从空间解耦多层 次分析问题，提出针对风电机组/光伏组件-场站 -集-全网的控制策略，达到全网电压安全稳 定运行且尽最大可能实现风光电出力最大化。为 实现上述目的，本文设计了控制策略的总体框架
如图1所示。控制策略主要由4部分组成：电网 级控制策略、集级控制策略、场站级控制策略和 风电机组/光伏组件级控制策略。
空间
图1
控制策略总体框架
适应集风光电系统的机-场--网无功
电压控制策略基本思路：电网级是最高级别控制 层，电网级控制站依据弱送端电压选择无功优化 模式或者电压控制模式；集级是次高级别控制 —64 —
层，依据上级控制命令，进行相应的模型计算向下 级站提出控制目标；场站级既是控制层也是执行 层，依据上级提出的控制目标，进行本地控制并选 择下级风电机组或光伏组件动作；风电机/光伏组 件级是执行层，依据上级命令执行无功调节动作。 实现本策略的关键是集级控制模型计算和场站 级控制策略。
2控制策略
集风光电接入电网对系统原有的功率分
布、分层分区无功平衡、调控手段带来了新的挑
战。集中在3个问题:①电压大幅度波动问题; ②多套局部有功、无功控制系统和各类无功补 偿设备亟待进行协调优化控制；③集风光电 基地的大规模风光电无功电压调节能力不足。 本控制策略以电压为基点，把集风光电系统 在空间上分为4级，将整体问题分解为多个局 部问题，力求快速准确高效地解决上述3个主 要问题。
本控制策略具体实施方案如图2所示。
本策略控制目标是从整体和局部完善对集 风光电系统的电压控制。在整体上将地理上舭 邻、特性上相关且拥有1个共同接入点的风电场、
光伏电站集进行一体化整合、集中协调控制，有 效平抑单一场站出力的波动性、随机性和间歇性， 使风电场/光伏电站尽量形成在规模和外部调控 特性上都与常规能源相近的电源，具备灵活响应
电网调度与控制的能力，提高新能源利用率。在 局部上对电网的调度分级调控，各级任务明确，多 级协调，逐级细化，控制站接受上级的控制信号作 为自己的控制目标，并向下一级发出控制信号，使
风电机组、光伏组件及无功补偿设备有序且高效 动作。
3控制策略功能
首先判断全网弱送端电压是否运行在合格范
围内，电压合格进入无功优化模式，电压越限进入
电压控制模式。电压控制模式结束后再进入无功 优化模式。由于电压控制时间常数多为几十秒到 分钟级，而无功优化控制时间常数多为十几分钟到 小时级，因此本文在电压控制后设置15 m in 的延 迟，力求确定电压合格稳定后进入无功优化模式。
无功补偿
设备控制
实时运行
优先级约束状态
选择
条件
数
据采集与监控
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优先级选择
SVC
补偿
容性无功
优先级选择
H
本地控制
图2机-场--网无功电压控制策略
3.1本地控制基本原则
无功功率动态补偿装置通常包括电抗器、电 容器以及静止无功发生器等9在风电场/光伏电 站中，双馈直驱风电机组和光伏逆变器也具有一 定的无功调节能力#同时还可以通过改变变压器 分接头调节电压。不同的无功源具有不同的特性 如表1所示。因此，需要电网根据对无功源控制 需求来确定其调节方法。
表1无功电源特性
无功补偿源静止无功 补偿器
电抗器电容器响应速度快较快
较快
无功调节快离散
离散
控制简单较简单较简单
无功补偿源变压器分接头风电机组/
光伏组件—
响应速度慢较慢—无功调节连续连续—控制
复杂
较复杂
—
根据对表1的无功源控制特性进行分析，本 文提出本地控制的基本原则：(1)首先进行SVC 调控。有
SVC 的控制站
首先调用SVC ，直至SVC 用尽为止。
(2)
其次进行电容电抗调控。SVC 用尽或无
静止补偿设备且电压不合格时，调用电容电抗。 电压严重越限且过高，直接分组退子站电抗器；电 抗器全部退出时，分组投电容器，直至控制站电属 合格或电容器全部投入为止。当电压临界运行且 处于低压临界状态，进行风电出力预测判断。若 预测风电出力将大幅减少，电压有上升趋势，为避 免无功补偿装置频繁动作，停止调控；若预测风电 出力不会大幅减少，分组退子站电抗器；电抗器全 部退出时，分组投电容器，直至控制站电压合格或 电容器全部投入为止，
(3) 变压器分接头调控。(4)
风电机组/光伏组件调控。利用优先级
选择法依次调控风电机组或光伏组件。3.2优先级选择法
考虑集系统是风电场、光伏电站集式接 入，并且并入地域分布广泛且经多级入网变电站 后并入主网，所以本策略利用优先级选择法确定 场站级控制站和执行站动作顺序，进入横向调节。 如图2所示，首先依据优先级选择法确定最优场 站级控制站，对集控制站电压改变最快最准确， 若最优场站级控制站本地控制后集级控制站电
—65 —
延迟
15 min
确定最优场站级控制通]
生成场站级控制站电压范围
确定集级控制站A
?7A <〇_9p.u
优先级选择
|确定最优场站级控制站|
I ---1
本土‘控制 ~\<—
电容全投
1I 1
K
容
I S V C
I I S
退一组电抗
I
H
压未合格，则次优级场站级控制站进入本地控制，依次类推，直至集级控制站电压合格。同理执 行站在执行优先级选择法时，执行站需依据场站 级控制站电压改变的程度确定风电场或光伏组件 的动作顺序。优先级选择法如图3所示。
图3优先级选择法
桥68风场4应用案例
本策略以甘肃酒泉风光电基地为应用平台。截止2015年，酒泉风光电基地预计共建成41个 风电场，6个光伏电站，成为我国规划建设的第一 座千万千瓦级风电示范基地。
本文以PSASP为仿真平台，新疆外送0 MW 且敦煌区域风光电总出力15%，此时敦煌区域轻 载，敦煌区域电压偏高，其中敦煌750 kV站电压 为806. 681 kV。按照机-场--网无功电压控制策略，进入电压控制模式。
首先确定集控制站、场站级控制站、执行 站，并依据优先级选择法对场站级控制站动作排 序。敦煌区域的控制策略具体实施方案如图4所 示。图4中详细给出了各级站所处的控制层，并 对敦煌区域的场站级控制站进行了时序动作排序。
由此按照控制策略进行分级分层调控，电压 波动范围合格后，进入无功优化模式。本文采用 文献[8]提出的改进遗传算法，以全网最低网损 为目标，对全网进行无功电压优化[9_1()]。
为达到验证本控制策略的高效、准确性，本文 对上述电压越限情况进行任意控制，发现控制时 间较长，并且不能达到敦煌区域电压合格。敦煌 区域330 kV电压调整图如图5所示。由图5可 知，330 kV电压合格范围为352〜360 kV。在第 0 min时敦煌区域各站点电压越限，本文在psasp 软件上用本文控制策略仿真，20 min后全部站点 —66—电压合格；用任意控制方法调节32 min仍未使电
压全部合格。
和频率信息。在系统的动态响应过程中，SDFT-PLL不存在频率反馈环节，从而超调量小、平滑性
更好，具有动态响应快、稳态精度高的优点。
4结语
针对分布式并网逆变器在电网电压三相不平 衡下的相位检测问题，利用SDFT滤除各次谐波 分量，提取电网电压正序分量的方法，建立SDFT-PLL模型，并在MATLAB/Simulink平台下与DSOGI-FLL进行了仿真对比。仿真结果表明，电网电压处于不平衡状态时，利用离散傅里叶变换 的滤波特性及滑动平均得到系统频率，校正电网 畸变时电压相角和系统频率误差，实现了对输入 电压频率的自适应控制，能够快速准确的追踪电 压相位和频率信息，提高光伏并网逆变器的动态 响应速度和系统的稳态精度，满足逆变器控制系 统的需求，能运用在并网逆变器控制系统中的相 位和频率检测环节。
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5 结语
本文针对集风光电系统的复杂无功电压问
题，结合多种无功源动作特性，从空间解耦多层次 分析问题，提出机-场--网的控制策略。该 策略有利于风能太阳能资源的充分利用，随着国 内千万千瓦级风电基地和百万千瓦级光伏电站基 地的建设投产，本文控制策略对于这些风光电基 地的无功控制具有借鉴意义。
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