引言

近年來,我國新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,并網(wǎng)設計方案中要求新能源并網(wǎng)前需進行相關試驗驗證,確定并網(wǎng)條件?，F(xiàn)階段設計標準中要求光伏發(fā)電站具備動態(tài)無功電壓支撐能力,其中動態(tài)無功電壓支撐無功源包括動態(tài)無功裝置和新能源發(fā)電單元。新能源發(fā)電站中采用動態(tài)無功裝置作為無功源參與電網(wǎng)動態(tài)無功支撐時,多采用文獻的方案進行測試,即在并網(wǎng)點部署電壓波動模擬裝置作為無功激勵源來驗證動態(tài)無功補償裝置的動態(tài)無功電壓支撐電網(wǎng)的性能,該方法中的電壓波動模擬裝置屬于測試設備,測試中需要與并網(wǎng)斷路器連接,涉及高壓接線,危險程度高,對測試人員的專業(yè)水平要求較高。文獻對采用變壓器抽頭注入式無功補償系統(tǒng)的機理進行了研究,以提高電源側功率因數(shù)和母線電壓水平,可以將其工作原理引入新能源升壓變側來測試新能源發(fā)電站動態(tài)無功電壓性能,該方案雖然無須額外增加一次設備,但不具備普適性,其在新能源發(fā)電并網(wǎng)具備升壓站的場景可以應用,但不適用于新能源容量較小的電站采用低壓并網(wǎng)的場景。文獻搭建了10kV一體化檢測試驗系統(tǒng),用于10kV變臺一、二次設備一體化檢測試驗,雖然該方案主要應用于10kV配網(wǎng)側,但其基本原理可以引用至電壓等級更高的新能源接入的變電站中進行新能源場站的動態(tài)無功電壓性能測試,不過其響應時間為百毫秒級,測試工裝無法滿足目前新能源場站30ms內(nèi)完成動態(tài)無功電壓性能測試的要求。

基于上述方案及其存在的問題,本文從新能源發(fā)電自身的特點出發(fā),利用新能源發(fā)電站發(fā)電單元分散部署的特點,將多集電線路分組,采用組間互測方法完成新能源場站動態(tài)無功電壓響應性能的測試,本方案無須增加其他一次設備或系統(tǒng),具有更好的可操作性。

1平臺設計

本文的研究目的在于在不增加光伏發(fā)電站一次設備投入的情況下,借用新能源現(xiàn)有發(fā)電設備完成光伏發(fā)電站動態(tài)無功電壓性能評估,測試平臺的建設包括動態(tài)無功電壓激勵源構建、被測試對象構建及測試方法。

1.1通信機制

在構建動態(tài)無功電壓激勵源前,需對光伏發(fā)電站現(xiàn)有通信機制進行修改,將現(xiàn)階段采用TCP/IP協(xié)議交互的通信方式修改為組播GOOSE協(xié)議交互,這種通信機制的修改本身對新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓具有促進作用,可以大大提升新能源參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)壓的響應性能。圖1(a)為現(xiàn)階段光伏發(fā)電站功率控制路徑通信拓撲,圖1(b)為現(xiàn)階段采用TCP/IP通信機制的交互原理示意圖,圖1(c)為采用組播GOOSE協(xié)議后的交互機制,通信交互機制修改后功率控制設備與逆變器通信時間縮短為原來的,其中nm為光伏發(fā)電站逆變器數(shù)量:同時功率控制設備功率控制指令在嵌入式操作系統(tǒng)下優(yōu)化后的處理時間為微秒級,光伏發(fā)電站功率控制時間近似為控制指令在光纖鏈路上的傳輸時間,組播GOOSE報文按照最大MTU計算,百兆通信帶寬下通信時間約為12.3ms,逆變器本地進行無功解環(huán)后無功響應時間小于30ms,即從功率控制設備下發(fā)指令至逆變器無功響應到目標值90%的時間不大于30ms。

1.2動態(tài)無功電壓激勵源及被測對象構建

激勵源與被測對象的構建,為了能夠較大裕度地反映光伏發(fā)電站無功電壓控制能力,本方案采用1/2容量配比原則,即激勵源與被測對象的容量比為1:1,在光伏發(fā)電站為多集電線路時,根據(jù)集電線路近似1:1原則進行邏輯劃分,在光伏發(fā)電站多集電線路不能按照近似1:1原則劃分或單集電線路時按照容量的1/2進行邏輯劃分,如圖2所示。

如圖2(a)所示,在集電線路平衡方式中,直接根據(jù)圖2(c)按集電線路規(guī)劃:如圖2(b)所示,在非平衡多集電線路方式中,按照圖2(d)所示的容量規(guī)劃,其中dsGOOSE1為激勵控制塊,dsGOOSE2為電壓控制塊。

2平臺架構

2.1平衡方式平臺

如圖3(a)所示,在集電線路平衡方式中,功率控制回路側,光伏發(fā)電站高壓側PT、CT信號接入電壓控制設備,電壓控制設備工作為恒電壓模式,通過通信網(wǎng)絡與集電線路所有逆變器組網(wǎng),通過dsGOOSE2控制塊通信。測試平臺側,激勵控制通過通信網(wǎng)絡與集電線路所有逆變器組網(wǎng),通過dsGOOSE1控制塊通信,光伏發(fā)電站高壓側PT、CT信號接入數(shù)據(jù)記錄儀,用于觀察光伏發(fā)電站電壓波動狀態(tài)評估測試結果。每組測試分為兩個階段,第一階段測試s3和s4的響應性能,第二階段測試s1和s2的響應性能。

在第一階段測試中,將#1和#2集電線路作為無功激勵源,#3和#4集電線路作為電壓控制源,其中#1和#2集電線路下所有逆變器建模文件訂閱dsGOOSE1控制塊,#3和#4集電線路下所有逆變器建模文件訂閱dsGOOSE2控制塊。

在第二階段測試中,將#3和#4集電線路作為無功激勵源,#1和#2集電線路作為電壓控制源,其中#1和#2集電線路下所有逆變器建模文件訂閱dsGOOSE2控制塊,#3和#4集電線路下所有逆變器建模文件訂閱dsGOOSE1控制塊。

2.2非平衡方式平臺

如圖3(b)所示,在集電線路非平衡方式中,電壓控制設備及測試平臺側架構與平衡方式相同,區(qū)別在于逆變器側建模文件的細分。這里假設光伏發(fā)電站有n條集電線路,每條集電線路下接入逆變器數(shù)量各不相同,逆變器總數(shù)為m0=x+y+:。

在第一階段測試中,參與激勵控制的逆變器數(shù)量為mq=Lm0/2」,參與電壓控制的逆變器數(shù)量為mu=m0-mq,mq部分建模文件訂閱dsGOOSE1,mu部分建模文件訂閱dsGOOSE2。

在第二階段測試中,mq部分建模文件訂閱dsGOOSE2,mu部分建模文件訂閱dsGOOSE1。

3測試方法

3.1測試步驟

基于動態(tài)無功電壓激勵源及被測對象的構建方式,在光伏發(fā)電站集控中心部署激勵控制,該激勵控制可以是電壓控制設備,也可以是PC機運行的dsGOOSE1報文發(fā)送工具,激勵控制通信接口接入光伏發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡。具體測試步驟如下:

(1)將光伏發(fā)電站并網(wǎng)點PT、CT接入錄波器。

(2)評估光伏發(fā)電站無功調(diào)節(jié)能力:電壓控制設備控制模式退出,激勵控制投入,根據(jù)光伏發(fā)電站實時電壓運行值UR,按步進+0.5kV發(fā)送電壓目標值,同時觀察UR,當UR接近光伏發(fā)電站匯集母線電壓等級所運行的上限值UH時停止評估,記錄當前容性無功值作為上限無功值0C:然后從當前UR按步進-0.5kV發(fā)送電壓目標值,同時觀察UR,當UR接近光伏發(fā)電站匯集母線電壓等級所運行的下限值UL時停止評估,記錄當前感性無功值作為下限無功值0L,獲取光伏發(fā)電站無功調(diào)節(jié)區(qū)間[0L,0C]。

(3)電壓控制設備投入恒電壓模式,電壓設定值為Uset,一般取值在UR左右,確保光伏逆變器不參與無功功率出力,激勵控制設定為0C后發(fā)送dsGOOSE1,此時電壓控制感知母線電壓抬升后發(fā)送dsGOOSE2進行感性方向的無功調(diào)節(jié),錄波器記錄測試過程電壓曲線。

(4)離線分析電壓曲線,獲取一次暫態(tài)無功電壓支撐指標數(shù)據(jù)re11。

(5)激勵控制設定為0后發(fā)送dsGOOSE1,釋放激勵源,此時電壓控制感知母線電壓跌落后發(fā)送dsGOOSE2進行容性方向的無功調(diào)節(jié)。

(6)重復步驟(4)獲取第二次暫態(tài)無功電壓支撐指標數(shù)據(jù)re12。

(7)激勵控制設定為0L后發(fā)送dsGOOSE1,此時電壓控制感知母線電壓繼續(xù)跌落后發(fā)送dsGOOSE2進行感性方向的無功調(diào)節(jié),錄波器記錄測試過程電壓曲線。

(8)重復步驟(4)獲取第三次暫態(tài)無功電壓支撐指標數(shù)據(jù)re13。

(9)激勵控制設定為0后發(fā)送dsGOOSE1,釋放激勵源,此時電壓控制感知母線電壓抬升后發(fā)送dsGOOSE2進行容性方向的無功調(diào)節(jié)。

(10)重復步驟(4)獲取第四次暫態(tài)無功電壓支撐指標數(shù)據(jù)re14。

(11)離線分析re11~re14數(shù)據(jù),獲取電壓控制設備區(qū)域光伏無功電壓支撐指標re1A。

(12)將激勵控制與電壓控制設備對調(diào),重復步驟(3)~步驟(12)獲取retB。

(13)根據(jù)retA和retB計算單次光伏發(fā)電站無功電壓支撐評估指標retРC2=retA＋retB。

(14)重復步驟(3)~(13)多次評估獲取retРC2,retРC3,…,retРCn,取中位數(shù)作為光伏發(fā)電站無功電壓暫態(tài)評估指標retРC=ZretРCi。

3.2測試指標確認邊界條件

光伏發(fā)電站無功配置能力指標參照文獻。光伏發(fā)電站動態(tài)無功支撐指標參照文獻,其中動態(tài)無功補償指標中動作死區(qū)電壓為(0.2%~0.5%)UN,響應時間為無功補償動作開始至無功調(diào)節(jié)達到無功調(diào)節(jié)量的90%的時間,調(diào)節(jié)時間為動作開始至母線電壓達到穩(wěn)態(tài)精度范圍內(nèi)的時間,其中穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)精度為0.5%UN。

4結語

本文提出了基于光伏發(fā)電站發(fā)電單元自身互調(diào)方案測試光伏發(fā)電站動態(tài)無功補償電壓指標的架構,給出了互調(diào)方案中的容量規(guī)劃方法和測試步驟,無須額外增加一次設備的投入即可完成光伏發(fā)電站動態(tài)無功電壓指標的評估,降低了光伏發(fā)電站動態(tài)無功電壓評估難度,提升了評估效率和評估安全性,具有很好的應用推廣價值。