一种并网点电压波动抑制方法及新能源电站

技术领域

本发明涉及并网控制技术领域，特别涉及一种并网点电压波动抑制方法及新能源电站。

背景技术

随着光伏发电的飞快发展，逆变器的应用场合越来越多，面临的电网环境也越来越复杂，对逆变器的适应能力提出了新的需求。并且，随着新能源设备渗透率越来越高，新能源发电对电能质量产生了明显影响：无论光伏或者风能都具有随机性特点，光照变化或者风速变化会导致并网点有功功率产生较大的波动；而在渗透率较高的电网背景下，有功功率的波动会导致并网点电压产生波动，对电力系统的电压稳定产生不利的影响。

当前大部分新能源电站解决上述电压波动问题时，都是通过自动电压控制功能AVR来实现并网点的稳定。AVR是一个闭环控制，利用电压闭环控制，产生无功功率指令，通过注入无功功率的方式，能够保持并网点稳定。但在实际应用当中，由于并网点电压也会受到外部电压波动的影响，例如，来自外部负荷的变化或是附近其他新能源电站所带来的影响；所以可能会导致电站注入过多的无功功率，如果附近再有多个其他新能源电站在同时注入大量无功功率，就有可能会导致并网点无功功率和电压产生震荡，进而影响电网的稳定。

因此，有部分国家标准明确提出，新能源电站需要能够实现对于并网点电压波动的区域自治，即每个电站仅需要消除自身有功功率变化引起的电压变化，而对于外部电压波动引起的电压变化，不能够注入无功功率。目前的AVR尚不能实现该区域自治的要求，因此亟需一种新的方案来适用该要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种并网点电压波动抑制方法及新能源电站，以实现对于并网点电压波动的区域自治。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种并网点电压波动抑制方法，应用于新能源电站，所述新能源电站包括多个输出端并联于并网点的发电支路；所述并网点电压波动抑制方法包括：

在无功参数设置时间段内，控制各所述发电支路的有功功率在预设范围内变化，并以所述并网点的电压稳定于参考电压为目标，确定各所述发电支路在各有功功率下的无功功率；所述无功参数设置时间段的时长小于预设值；

确定各所述发电支路的各无功功率与对应有功功率之间的关系值，并将各所述发电支路的各有功功率与对应关系值进行拟合，得到拟合曲线；

所述新能源电站在正常运行状态下，各所述发电支路依据自身的拟合曲线及当前有功功率，确定相应的无功功率并实时输出。

可选的，所述关系值为各无功功率与对应有功功率的比值。

可选的，所述无功参数设置时间段为：所述新能源电站首次运行时的参数测试时间段，或者，所述新能源电站每次进入正常运行状态之前的参数更新时间段。

可选的，所述无功参数设置时间段处于：历史数据中所述新能源电站的外部电压波动小于阈值的时间段。

可选的，所述预设值小于等于10分钟。

可选的，所述参考电压为所述并网点的并网前电压。

可选的，所述预设范围为：额定有功功率的0％至100％。

可选的，将各所述发电支路的各有功功率与对应关系值进行拟合，包括：

将各所述发电支路的各有功功率与对应关系值进行线性拟合。

本发明第二方面还提供了一种新能源电站，包括：电站控制单元、电压控制单元以及多个发电支路；

各个所述发电支路的输出端并联于并网点；

所述电站控制单元和所述电压控制单元，分别与各个所述发电支路通讯连接；

所述电站控制单元用于控制各个所述发电支路的有功功率输出，所述电压控制单元用于在无功参数设置时间段内控制各个所述发电支路的无功功率输出，以使所述新能源电站实现如上述任一段落所述的并网点电压波动抑制方法。

可选的，所述发电支路包括：发电设备和变流器单元；

各所述发电设备依次通过相应的变流器单元及相应的变压器连接所述并网点。

可选的，所述并网点电压波动抑制方法中，确定各所述发电支路的各无功功率与对应有功功率之间的关系值的步骤，由：

各所述变流器单元分别根据自身各有功功率与对应无功功率来实现；或者，

所述电压控制单元根据各所述发电支路的各有功功率与对应无功功率来统一实现。

可选的，所述并网点电压波动抑制方法中，将各所述发电支路的各有功功率与对应关系值进行拟合，得到拟合曲线的步骤，由：各个所述变流器单元分别来实现。

可选的，所述电压控制单元通过检测模块获取所述并网点的参考电压。

可选的，所述电压控制单元为：电站控制器PPC、能量管理器EMS或者自动电压控制器AVR。

基于上述本发明提供的并网点电压波动抑制方法，其首先在无功参数设置时间段内，控制各发电支路的有功功率在预设范围内变化，并以并网点的电压稳定于参考电压为目标，确定各发电支路在各有功功率下的无功功率；然后确定各发电支路的各无功功率与对应有功功率之间的关系值，并将各发电支路的各有功功率与对应关系值进行拟合，得到拟合曲线；以使新能源电站在正常运行状态下，各发电支路能够依据自身的拟合曲线及当前有功功率，确定相应的无功功率并实时输出，确保并网点的电压能够参照该无功参数设置时间段内的控制，来实时稳定于该参考电压；而且，由于该无功参数设置时间段的时长小于预设值，能够忽略外部电压波动对该新能源电站的影响，进而使各个无功功率的确定目标均为消除自身有功功率变化引起的电压变化，实现了对于并网点电压波动的区域自治。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的新能源电站结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种并网点电压波动抑制方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种一阶线性拟合曲线的波形示意图；

图4a为本发明实施例提供的一种光伏电站的发电支路的结构示意图；

图4b为本发明实施例提供的一种风能电站的发电支路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明提供一种并网点电压波动抑制方法，以实现对于并网点电压波动的区域自治。

该并网点电压波动抑制方法应用于新能源电站，参见图1，该新能源电站包括：电站控制单元(图中未展示)、电压控制单元101和与其通讯连接且多个输出端并联于并网点PCC的发电支路102。

参见图2，该并网点电压波动抑制方法包括：

S101、在无功参数设置时间段内，控制各发电支路的有功功率在预设范围内变化，并以并网点的电压稳定于参考电压为目标，确定各发电支路在各有功功率下的无功功率。

如图1所示，一般电网的阻抗可以等效为r+jx。由于电力系统组成特性，阻抗中感抗x一般大于电阻r，且大部分x/r>3；因此电网的阻抗基本以感抗为主。

可以把并网点的端口电压等效为：

其中，Vs为无穷大电网电压值；P为新能源电站输出的有功功率；Q为新能源电站输出的无功功率；x表示电网阻抗中的感抗部分，r表示电网阻抗中的电阻部分；Vp表示并网点的电压；

求得V

由上述公式可知，当新能源电站的有功功率发生波动时，需要实时计算所要注入的无功功率Q，才能完全抑制其有功功率变化所引起的电压波动。

由于各发电支路的输出端均并联于并网点，所以，各发电支路的有功功率变化时，均可以根据并网点的参考电压及上述公式(1)，计算得到该发电支路此次有功功率波动所需要的无功功率，来将并网点的电压稳定于参考电压。各发电支路的有功功率每次变化，都能够确定一个与之相对应的无功功率。

需要说明的是，该有功功率在预设范围内变化，可以是在其额定有功功率的0％至100％内变化，也可以是在更大或更小的范围内变化，并不仅限于此；实际应用中可以使其有功功率尽量多的取值，以使后续过程中的可用参数更为详尽。

另外，该无功参数设置时间段的时长小于预设值，比如小于10分钟；由于短时间内认为外部电压稳定，因此可以忽略外部电压波动对该新能源电站的影响，进而确保此时各个无功功率的确定目标均为消除自身有功功率变化引起的电压变化，实现了对于并网点电压波动的区域自治。

实际应用中，执行步骤S101的主体可以是该新能源电站中的电站控制单元和一个额外增加的电压控制单元；具体的，该电站控制单元通过通讯交互，控制各发电支路的有功功率在预设范围内变化；该电压控制单元分别确定各发电支路在各有功功率下的无功功率，并通过通讯交互下发至各个发电支路，以使并网点的电压稳定于参考电压。

S102、确定各发电支路的各无功功率与对应有功功率之间的关系值，并将各发电支路的各有功功率与对应关系值进行拟合，得到拟合曲线。

该关系值为各无功功率与对应有功功率的比值，即对应无功功率除以有功功率，也即该关系值的计算公式为：K＝Q/P。

实际应用中，步骤S102中确定各发电支路的各无功功率与对应有功功率之间的关系值，具体可以是由各发电支路根据自身各有功功率与对应无功功率，来确定其各有功功率对应的关系值；或者，也可以是该电压控制单元根据各发电支路的各有功功率与对应无功功率，来分别确定各发电支路的各有功功率对应的关系值。此处不做具体限定，视其应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

也就是说，实际应用中，该电压控制单元以并网点的电压稳定于参考电压为目标，确定各发电支路在各有功功率下的无功功率之后，可以直接将该无功功率以通讯交互的方式下发给各发电支路中的变流器单元，使该变流器单元直接注入相应的无功功率并进行关系值计算和记录；也可以由该电压控制单元根据对应的有功功率和无功功率计算得到相应的关系值之后，再以通讯交互的方式下发给各变流器单元，使变流器单元根据自身的有功功率和该关系值计算得到相应的无功功率并注入并网点同时记录该关系值。

各变流器单元在确定自身不同有功功率下的关系值之后，对各对有功功率和关系值进行拟合，比如简单的线性拟合，得到自身的拟合曲线。图3所示为一阶线性拟合所得到的拟合曲线示意图，实际应用中并不仅限于此，还可以采用其他阶线性拟合或者其他拟合方式，现有技术中的拟合方式均可，视其具体应用环境而定，均在本申请的保护范围内。

实际应用中，也可以由电压控制单元来对各个变流器单元的有功功率和关系值进行拟合，但优选采用各个变流器单元分别对自身数据进行拟合。

S103、新能源电站在正常运行状态下，各发电支路依据自身的拟合曲线及当前有功功率，确定相应的无功功率并实时输出。

该新能源电站投入正常运行状态之后，通常会由光照变化或电力系统调度引起其有功功率波动，此情况下，各个发电支路中的变流器单元均可依据自身的拟合曲线，以其当前有功功率进行对应查找，得到相应的无功功率，确保并网点的电压能够参照该无功参数设置时间段内的控制，来实时稳定于该参考电压，进而实现对于并网点电压波动的抑制。

本实施例提供的该并网点电压波动抑制方法，通过上述过程能够实现对于并网点电压波动的抑制；而且，由于该无功参数设置时间段的时长小于预设值，能够忽略外部电压波动对该新能源电站的影响，进而使各个无功功率的确定目标均为消除自身有功功率变化引起的电压变化，实现了对于并网点电压波动的区域自治，能够满足相应国家对于并网点电压波动抑制的要求，适用范围广泛，利于推广。

在上一实施例的基础之上，优选的，本实施例对该并网点电压波动抑制方法的具体设置进行详细说明：

比如，该无功参数设置时间段可以为：新能源电站首次运行时的参数测试时间段；也即在该新能源电站正式投入运行之前，首次开机时，可以通过上述并网点电压波动抑制方法中的步骤S101得到各个发电支路的多对有功功率与无功功率，并通过步骤S102得到各个发电支路的拟合曲线，进而在后续正式投入运行阶段即可依据各个拟合曲线确定各个发电支路的实时无功功率。

实际应用中，该新能源电站的各个拟合曲线可以是通过上述设置方式一次性得到后，供以后正常运行阶段始终沿用的；当然，也可以在该新能源电站的后续使用阶段中，定期或不定期的进行一次拟合曲线更新；以风能电站为例进行说明，由于其存在季节性运行特点，长时间停机之后，设备的性能有可能会发生变化，因此，可以在其每次开机之前均进行一次步骤S101与S102；也即，该无功参数设置时间段可以为：新能源电站每次进入正常运行状态之前的参数更新时间段。

上述两种方式均为示例，并不仅限于此，可以视其具体应用环境而定，只要该无功参数设置时间段小于预设值即可，均在本申请的保护范围内。

另外，为例保证该无功参数设置时间段内能够忽略外部电压波动对该新能源电站的影响，可以从历史数据中选取新能源电站的外部电压波动小于阈值的时间段作为该无功参数设置时间段；具体可视其应用环境而定，此处不做限定。

实际应用中，步骤S101中，电压控制单元对于并网点电压的控制目标，也即该参考电压，可以为并网点的并网前电压，能够完全避免该新能源电站对于并网点电压的影响；实际应用中，也可以采用其他电压，比如并网点的理想电压；此处不做限定，视其具体应用环境而定即可，均在本申请的保护范围内。

其余过程及原理参见上一实施例即可，此处不再一一赘述。

本发明另一实施例还提供了一种新能源电站，如图1所示，包括：电站控制单元(图中未展示)、电压控制单元101以及多个发电支路102；其中：

各个发电支路102的输出端并联于并网点PCC。

电站控制单元和电压控制单元101，分别与各个发电支路102通讯连接。

电站控制单元用于控制各个发电支路102的有功功率输出，电压控制单元101用于在无功参数设置时间段内控制各个发电支路102的无功功率输出，以使该新能源电站实现如上述任一实施例所述的并网点电压波动抑制方法。

实际应用中，该发电支路102如图4a或图4b所示，包括：发电设备201和变流器单元202；各发电设备201依次通过相应的变流器单元202及相应的变压器连接并网点PCC。

图4a以光伏电站为例进行展示，其发电设备201为光伏子阵，其变流器单元202为逆变器；其具体结构及工作原理参见现有技术即可，此处不再一一赘述。

图4b以风能电站为例进行展示，其发电设备201为风机，其变流器单元202包括机侧变流器和网侧变流器；其具体结构及工作原理参见现有技术即可，此处不再一一赘述。

实际应用中，该光伏电站和风能电站中均还可以集成相应的储能系统，该储能系统中的发电设备201为电池系统，其变流器单元202为储能变流器。并且，该储能变流器为DCAC变换器时，其交流侧通过相应变压器连接并网点PCC；该储能变流器为DCDC变换器时，其网侧连接相应电站中的直流母线，后级变换器再通过变压器连接并网点PCC。其具体结构及工作原理参见现有技术即可，此处不再一一赘述。

另外，该新能源电站中，也可以同时具有光伏子阵、风机和电池系统中的至少两种，只要其能够实现该并网点电压波动抑制方法即可，均在本申请的保护范围内。

实际应用中，该电压控制单元101可以为多种设备，比如：电站控制器PPC、能量管理器EMS或者自动电压控制器AVR。

具体的，该并网点电压波动抑制方法中，步骤S102中确定各发电支路的各无功功率与对应有功功率之间的关系值的步骤，由：各变流器单元202分别根据自身各有功功率与对应无功功率来实现；或者，电压控制单元101根据各发电支路102的各有功功率与对应无功功率来统一实现。

另外，并网点电压波动抑制方法中，步骤S102中将各发电支路的各有功功率与对应关系值进行拟合，得到拟合曲线的步骤，由：各个变流器单元202分别来实现。实际应用中，也不排除由电压控制单元101来对各个变流器单元202的有功功率和关系值进行拟合，但优选采用各个变流器单元202分别对自身数据进行拟合。

实际应用中，该新能源电站中还设置有多处检测设备，比如图1中所示的检测模块meter，电压控制单元101通过该检测模块meter获取并网点PCC的电压，以网前电压作为参考电压，并对该并网点PCC的电压进行监测和控制。

该新能源电站中并网点电压波动抑制方法的具体实施步骤如下：

(1)给定参考电压，比如获取电站的并网前电压Vp0。站内变流器单元202并网后，通过该电压控制单元101，设置参考电压为Vp0。

(2)当站内变流器单元202输出变化的有功功率P，电压控制单元101通过通讯指令方式控制站内变流器单元202输出无功功率Q，由公式(1)可知，通过一定的无功功率可以使并网点PCC实现电压稳定，保持为并网前电压Vp0。

(3)按照不同的有功功率点P1，P2…Pn，通过电压控制单元101的自动电压控制模式，使各个发电支路102自动注入对应不同的无功功率点Q1，Q2…Qn，并保持并网点PCC电压Vp的稳定，同时获取此时对应的无功功率Q1，Q2…Qn。

(4)依据P1，P2，P3…Pn和Q1，Q2，Q3…Qn获得对应的关系值K，使得站内变流器单元202记录计算得到的多个K值(K1，K2，K3…Kn)或者通过电压控制单元101计算并记录多个K值，然后通过通讯指令方式发送至站内变流器单元202。

(5)站内各变流器单元202依据上述步骤获取到多个关系值K后，根据自身有功功率Pm(m＝1，2，3…n)的不同值，对两者的对应关系通过曲线拟合，例如简单的线性拟合方式，获得拟合曲线。

执行完上述步骤之后，站内变流器单元202进入正常运行状态后，即可根据Q＝K*P实时且连续的输出无功功率，从而实现了并网点电压的稳定。

本实施例通过在并网点PCC增加一个电压控制单元101，在短时间内，可以认为外部电压稳定，此时可以忽略外部电压波动对新能源电站的影响，如在10分钟以内，通过电站控制单元调节电站输出有功功率，然后通过电压控制单元自动注入无功功率，保持并网点电压稳定，进而抑制电站自身有功功率变化引起的波动。而且，在通过电压控制单元101控制并网点PCC电压的方式，获取并网点PCC由于有功功率波动引起的电压波动所需要的无功功率和比例系数K值之后，电站正常运行状态下，变流器单元202依据上述所获取的K或无功功率，实时根据有功功率变化注入对应的无功功率。而变流器单元202通过注入获取的无功功率或者依据比例系数K获取的无功功率，能够确保当新能源电站由于有功功率波动引起的电压波动被抑制，同时对电站以外的设备不产生影响。即每个新能源电站自己消除本电站有功功率波动引起的电压影响，真正实现了并网点PCC电压的区域自治功能。

值得说明的是，当前的普通电站都是采用AVR技术稳定并网点电压，但是在面对部分国家时，如日本、法国等，其对于电站需要抑制自身有功功率变化引起的电压变化，但是外部电网的变化并不需要去抑制的要求，AVR技术无法实现这个功能；面对这些国家的应用场景需求，本实施例利用现有的AVR技术，基于电压控制单元，通过自适应方式获取无功和有功的比例因子K，即上述关系值K之后，使变流器单元202根据此关系值K按照Q＝K*P运行，产生无功来抑制PCC点电压波动，正常运行过程中不再需要使用AVR技术。

其余的原理与上述实施例相同，此处不再一一赘述。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。