一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试方法

摘要

本发明涉及一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试方法，其测试点选定在光伏电站并网点处；所述光伏电站内母线电压变化通过调节主变抽头实现；所述方法为：测量光伏电站有功功率和无功功率的输出；确认检测装置；调整有载变压器抽头，使得并网点电压应符合电压偏差要求；记录照度保持在400瓦/平方米的当前电站输出有功功率为P

说明书

技术领域：

本发明涉及一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试方法，更具体涉 及一种利用站级有载调压变和电站AVC系统协调配合进行光伏电站动态无功 响应性能的现场测试方法。

背景技术：

当光伏电站并网点电压出现较大扰动，电压幅值跌落至90％U_n～0％U_n时， 光伏逆变器需要具有低电压穿越能力，并且希望光伏电站能够迅速进行无功 响应，补偿相应的无功电流，实现并网点电压支撑能力。目前，国内外标准 均针对低电压穿越期间的动态无功响应做出了规定。正常运行工况下，由于 受太阳辐照强度波动性、不稳定性等的影响，光伏电站输出功率波动性较大。 随着光伏电站接入容量的增加，输出功率波动引起线路电压超限的现象逐步 加剧，希望光伏发电站具备常规能力调节电压的能力，维持并网点压稳定。

光伏电站中除集中加装的静态无功补偿装置或动态无功补偿装置外，光 伏逆变器也具有无功调节能力。光伏电站无功控制系统框图如附图1所示， 通常可分为无功整定层和无功分配层。其中，上层(整定层)根据并网点低 压侧偏差整定计算电网对光伏电站的无功需求，并根据光伏电站的运行约束 对整定的无功需求进行校验，最终给出合理的无功需求值，此外，还能够直 接接受调度下发的无功功率调节指令；下层(分配层)根据光伏发电单元的 运行约束和实际运行状态，根据一定的分配原则，对上层计算的无功需求值 进行分配，经过校验后输出作为光伏发电单元的无功调节目标指令。因此厂 站级无功补偿配置情况相对复杂，需制定详尽的无功支撑能力的检测条件、 检测方法，正确反应光伏电站的真实无功支撑能力。

GB/T 29321-2012《光伏发电站无功补偿技术规定》中对光伏电站动态 无功响应时间进行了定义，即光伏发电站动态无功响应时间(response time  of PV station dynamic reactive power)是指光伏发电站自并网点电压异 常升高或者降低达到触发设定值开始，直到光伏发电站并网点无功功率实际 输出变化量(目标值与初始值之差)达到变化量目标值的90％所需的时间。 要求光伏发电站的无功电源应能够跟踪光伏出力的波动快速响应，以满足电 压调节要求。规定光伏发电站动态无功响应时间应不大于30ms。

动态无功的测试需要并网点电压异常升高或者降低作为实验条件，由于 测试装置容量远小于大规模的光伏电站容量，试验现场无法模拟电网大扰动 工况，当前一般通过电站建模方法对低电压穿越期间动态无功电流进行评 估，但是该方法实施步骤复杂，且评估结果精度依赖评测机构技术水平。对 于正常运行工况下，电压波动范围为10％U_n以内时，需要一种简单易操作的 测试方法对光伏发电站动态无功响应性能的评估，正确反应光伏电站的真实 动态无功支撑能力。

发明内容：

本发明的目的是提供一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试方法， 所述方法解决了光伏电站动态无功响应测量时，测试装置容量有限以及建模 测试方法过于复杂的问题，完善了目前光伏电站站级无功响应能力测试方法 体系。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种光伏电站动态无功响 应性能的现场测试方法，所述光伏电站中包括无功补偿装置和光伏逆变器； 其测试点选定在光伏电站并网点处；所述光伏电站内母线电压变化通过调节 主变抽头实现；所述方法包括以下步骤：

(1)测量所述光伏电站有功功率输出和无功功率输出；确认检测装置 与控制室同步；

(2)调整有载变压器抽头，使得并网点电压应符合GB/T 12325电压偏 差要求；

(3)记录测试照度保持在400瓦/平方米的当前电站输出有功功率为P₀；

(4)设定光伏电站工作在端电压控制方式下；

(5)调节有载变压器抽头，观察电站无功动作；

(6)测试结束，保存数据；

(7)分析测试结果，计算光伏电站动态响应性能指标。

本发明提供的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试方法，所述步 骤(1)通过在所述光伏电站二次侧接入功率检测装置，测量电站有功功率 输出和无功功率输出。

本发明提供的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试方法，分别检 查电能质量分析仪和功率分析仪的电压、电流、有功功率和无功功率是否和 电站控制室一致；检查所述功率检测装置的时间是否和电站控制室保持同 步。

本发明提供的另一优选的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试 方法，所述步骤(2)将变压器抽头调整到中间位置。

本发明提供的再一优选的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试方 法，通过将10kV或6kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电 压偏差为相应电力系统标称电压的±7％；

通过将35kV～110kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电 压偏差为相应电力系统标称电压的‐3％～+7％；事故后恢复电压为电力系统标 称电压的±10％；

通过将220kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电压偏差 为相应电力系统标称电压的0％～+10％；事故后恢复电压为电力系统标称电 压的‐5％～+10％；

通过将330kV及以上电压等级接入公共电网的光伏发电站，正常运行方 式下，其并网点最高运行电压不得超过电力系统标称电压的+110％；最低运 行电压不影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电 压的调节。

本发明提供的又一优选的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试 方法，在所述步骤(3)中的测试中，不限制光伏发电站的无功功率变化速 度；确保集中无功补偿装置处于正常运行状态，所有光伏逆变器的输出无功 功率接近于0。

本发明提供的又一优选的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试 方法，所述步骤(4)通过电站AVC系统设定光伏电站工作在端电压控制方 式下，定义动作阈值上下限±U％，即实际电压偏差绝对值|ΔU％|>±|U％|时 AVC系统将进行电压调节，直到|ΔU％|<±|U％|。实验时，一般设定电压动作 阈值±U％<(2～4)×调压步长U_tap％。其中，调压步长U_tap％为有载抽头变压 器改变一级后电压变化的百分比。电压越界后发出反向最大无功功率Q_max， 抑制电压波动。

本发明提供的又一优选的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试 方法，所述步骤(5)中根据光伏电站的电压调节曲线，调节有载变压器抽 头，逐级升高并网点电压对电站并网点电压进行扰动，观察到电站无功动作 后，恢复有载调压变压器抽头至实验初始的中间位置；逐级降低并网点电压 对电站并网点电压进行扰动，观察到电站无功动作后，恢复抽头至实验初始 的中间位置。

本发明提供的又一优选的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试 方法，所述步骤(6)中测试结束，恢复电压抽头位置，光伏电站恢复正常 运行状态，保存仪器测试数据，拆除仪器接线。

本发明提供的又一优选的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试 方法，所述步骤(7)中的指标包括：所述光伏电站发出感性无功功率时， 动态无功电流建立时间Δt_1L、动态无功电流响应时间Δt_2L；所述光伏电站发出 容性无功功率时，动态无功电流建立时间Δt_1C、动态无功电流响应时间Δt_2C、 感性无功功率响应值和容性无功功率响应值

本发明提供的又一优选的一种光伏电站动态无功响应性能的现场测试 方法：

所述动态无功电流建立时间Δt_1L通过下式确定：

Δt_1L＝|t_1L-t_0L|     (1)

其中，t_1L为电压变化绝对值超过调整目标值10％时刻，记为电压变化起 始时刻；t_0L为无功电流到达稳态值90％时刻，记为响应结束时刻；

所述动态无功电流建立时间Δt_1C通过下式确定：

Δt_1C＝|t_1C-t_0C|     (2)

其中，t_1C为电压变化绝对值超过调整目标值10％时刻，记为电压变化起 始时刻；t_0C为无功电流到达稳态值90％时刻，记为响应结束时刻；

所述动态无功电流响应时间Δt_2L通过下式确定：

Δt_2L＝|t_2L-t_0L|     (3)

其中，t_2L为电压变化绝对值超过调整目标值10％时刻，记为电压变化起 始时刻；

所述动态无功电流响应时间Δt_2C通过下式确定：

Δt_2C＝|t_2C-t_0C|     (4)

其中，t_2C为电压变化绝对值超过调整目标值10％时刻，记为电压变化起 始时刻；

感性或容性无功功率响应值为达到稳态后电站无功输出值Q与AVC设定 目标值Qset的比值。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明的方法通过利用站级有载调压变的抽头调节和电站AVC响应 阈值调整实现电站出口侧电压波动；

2、本发明的方法监测电站集中无功补偿及逆变器的动态无功响应能力 并依据标准进行评价；

3、本发明的方法解决了光伏电站动态无功响应测量时，测试装置容量 有限以及建模测试方法过于复杂的问题；

4、本发明的方法完善了目前光伏电站站级无功响应能力测试方法体系。

附图说明

图1为本发明的光伏电站无功控制系统框图；

图2为本发明的光伏电站动态无功测试点图；

图3为本发明的光伏电站电压调节曲线图；

图4为本发明的无功功率动态响应判断法示意图；

图5为本发明的某集中接入式30MW电压、无功电流变化趋势图；

图6为本发明的某集中接入式30MW电压、无功电流变化趋势图；

图7为本发明的某集中接入式30MW有功功率，无功功率响应特性图；

图8为本发明的某集中接入式30MW容性动态电压、无功电流有效值图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

如图1-8所示，本例的发明提供了光伏电站动态无功响应性能的现场测 试方法；测试点应选定在光伏电站并网点处，站内母线电压变化通过调节主 变抽头实现，调压范围为±N级，调压步长为U_tap％。

测试方法步骤如下

(1)按照附图2，在电站二次侧接入功率检测装置，测量电站有功功率输出 和无功功率输出；检查电能质量分析仪以及功率分析仪的电压、电流、有功 功率和无功功率是否和电站控制室一致；检查功率检测装置的时间是否和电 站控制室保持同步。

(2)调整有载变压器抽头，将变压器抽头调整到中间位置，此时并网点电 压应符合GB/T 12325电压偏差要求：

通过10(6)kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电压 偏差为相应系统标称电压的±7％。

通过35kV～110kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电 压偏差为相应系统标称电压的‐3％～+7％；事故后恢复电压为系统标称电 压的±10％。

通过220kV电压等级接入公共电网的光伏发电站，其并网点电压偏差 为相应系统标称电压的0％～+10％；事故后恢复电压为系统标称电压的 ‐5％～+10％。

通过330kV及以上电压等级接入公共电网的光伏发电站，正常运行方 式下，其并网点最高运行电压不得超过系统标称电压的+110％；最低运 行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下 一级电压的调节。

(3)测试时照度应保持在400W/m²以上；记录电站当前输出有功功率为P₀； 不限制光伏发电站的无功功率变化速度；确保集中无功补偿装置处于正常运 行状态，所有逆变器输出无功功率接近于0。

(4)通过电站AVC系统设定光伏电站工作在端电压控制方式下，电压动作 阈值为±U％<(2～4)×U_tap％，电压越界后发出反向最大无功功率Q_max，抑 制电压波动；

(5)按照附图3所示电压曲线，调节有载变压器抽头，逐级升高并网点电 压对电站并网点电压进行扰动，观察到电站无功动作后，恢复有载调压变压 器抽头至实验初始的中间位置；逐级降低并网点电压对电站并网点电压进行 扰动，观察到电站无功动作后，恢复抽头至实验初始的中间位置。

(6)测试结束，恢复电压抽头位置，电站恢复正常运行状态，保存仪器测 试数据，拆除仪器接线。

(7)分析测试结果，计算光伏电站动态响应性能指标：发出感性无功时， 动态无功电流建立时间Δt_1L，动态无功电流响应时间Δt_2L；发出容性无功时， 动态无功电流建立时间Δt_1C，动态无功电流响应时间Δt_2C，感性无功功率响应 值，容性无功功率响应值。

所述动态无功电流建立时间Δt_1L通过下式确定：

Δt_1L＝|t_1L-t_0L|     (1)

其中，t_1L为电压变化绝对值超过调整目标值10％时刻，记为电压变化起 始时刻；t_0L为无功电流到达稳态值90％时刻，记为响应结束时刻；

所述动态无功电流建立时间Δt_1C通过下式确定：

Δt_1C＝|t_1C-t_0C|     (2)

其中，t_1C为电压变化绝对值超过调整目标值10％时刻，记为电压变化起 始时刻；t_0C为无功电流到达稳态值90％时刻，记为响应结束时刻；

所述动态无功电流响应时间Δt_2L通过下式确定：

Δt_2L＝|t_2L-t_0L|     (3)

其中，t_2L为电压变化绝对值超过调整目标值10％时刻，记为电压变化起 始时刻；

所述动态无功电流响应时间Δt_2C通过下式确定：

Δt_2C＝|t_2C-t_0C|     (4)

其中，t_2C为电压变化绝对值超过调整目标值10％时刻，记为电压变化起 始时刻；

感性/容性无功功率响应值为达到稳态后电站无功输出值Q与AVC设定 目标值Q_set的比值。

图4中，Iq₁为光伏电站无功电流初始运行值；Iq₂为光伏电站无功电流动 态响应幅值；Iq为光伏电站动态无功电流响应幅值；

为了分析不同时间长度对测试结果分布的影响，下面以某集中接入式 30MW动态无功测试结果为例。感性动态无功测试结果如图5-6所示，感性 无功设定值为8Mvar。

经过计算，感性无功响应性能指标如表1所示：

表1电压恢复后电站功率变化趋势

容性动态无功测试结果如图8所示，感性无功设定值为4Mvar。经过计 算，容性无功响应性能指标如表1所示：

表2电压恢复后电站功率变化趋势

根据申请中描述的方法，该电站动态无功测试结果如下：

电站发出感性无功功率时，该电站动态无功电流建立时间Δt1L为40ms， 动态无功电流动态响应时间Δt2L为1920ms；电站发出容性无功功率时，动 态无功电流建立时间Δt1C为90ms，动态无功电流动态响应时间Δt2C为 2520ms。感性无功功率响应值93％Q_set，容性无功功率响应值67.2％Q_set。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其 限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对 本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范 围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之 内。