[0001] 本发明属于电力系统技术领域，特别涉及一种新能源场站多SVG无功协调控制方法。

[0002] 随着化石能源危机与环境污染的加剧，新能源发电领域受到了广泛关注与发展，新能源发电大规模并网已成为电力系统的一大发展趋势。在此过程中，SVG(static var generator，静止无功发生器)在运行过程中能够对系统无功进行补偿，稳定电网电压，目前已得到广泛应用。但是，风力发电存在随机性和波动性等特点，难以保证供应的稳定性，这不利于电力系统的调度工作；并且由于，风能资源的不确定性会导致风电场的功率输出不稳定，所以风电场大规模并网后会在很大程度上影响电网的电压质量，风力发电的波动性是引起大规模风电并网时出现无功电压、谐波、电压波动和电压闪变等问题的主要原因。

[0003] 目前已针对SVG如何应用于新能源场站系统以对系统无功进行补偿，稳定电网电压的技术进行诸多研究，但是研究的主要内容主要是将SVG运用在风电场中实现对电压的支撑，如通过测量并网点的电压偏差，据此整定计算出系统的无功功率缺额，再与风电机组自身发出无功功率的极限值进行比较，首先让风电机组充分地发出无功，多余部分由SVG补足，此种方式可利用风电场的无功调节能力，在一定程度上降低了无功补偿装置的容量，具有一定的经济性。但在很多情况下SVG很可能并未充分利用，在SVG容量已经确定并且配备的情况下也是一种资源浪费，而且没有充分发挥SVG的优越性能。

[0056] 以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

[0057] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0058] 如图1所示，本发明所设计的新能源场站多SVG无功协调控制方法，包括以下步骤：

[0059] S1：提取新能源场站的频谱，计算得到频谱数据的系统频率、频率变化率；

[0060] S2：基于检测的系统母线电压和系统频率、频率变化率，对SVG进行协调控制；

[0061] S3：采集共耦合节点处的电压，并计算该处的电压偏差，基于电压偏差对发电机机组中的过电压保护电路进行切换控制，以对新能源场站中发电机机组与SVG进行协调控制。

[0062] 需要说明的是，目前由于新能源发电、并网需使用大量的电力电子装备，随着新能源占比不断提高，电力电子设备可能在电气信号中引入间谐波，若其频率与发电机轴系自然振荡频率互补，则会进一步引起机组的振荡。并且，当发电系统风电、光伏功率波动较大时，系统频率可能出现偏移过大的问题。

[0063] 基于上述考虑，在对SVG进行无功协调控制时，首先需要使得系统能够保持稳定的频率，且需要有效控制频率偏移过大。

[0064] 其中，提取新能源场站的频谱，计算得到频谱数据的频率变化率的具体步骤为：

[0065] S11：提取新能源场站的频谱，构造汉克尔矩阵，进行奇异值分解，并基于新能源场站的频谱信号中的频率分量个数，重构汉克尔矩阵实现降噪；

[0066] S12：用两个汉克尔矩阵构建的矩阵束，求解广义特征值，得到信号的极点信息，进而得到基波频率测量值：

[0067] S13：将新能源场站的频谱数据的频率分量的相量函数进行二阶泰勒展开，忽略高阶项，利用步骤12中求出的信号极点，构建最小二乘方程组，带入滤波降噪后的数据求解多项式系数，进而得到频率分量的相量的幅值和相角的测量值；

[0068] S14：以计算时刻为中心，选取前后五个连续5个频率测量值进行二次多项式拟合，求得频率变化率。

[0069] 具体的，上述方案中提及的频率分量个数的获取方法为：

[0070] 提取新能源场站的频谱，对频谱数据进行加窗处理，在加窗后的数据末尾加上一定数量的0至2的整数次幂，以使得补零后的最高谱线更接近真实值；

[0071] 对多条插值后的频谱进行曲线拟合，进而计算曲线峰值以及新能源场站的频谱信号中的频率分量个数。

[0072] 当系统风电、光伏功率波动较大时，系统频率可能出现偏移过大的问题，通过下述方法来进行发电机机组与SVG的协调控制，以增强电网的调频能力。

[0073] 具体方法如下：

[0074] S21：判断系统频率和频率变化率是否在正常范围内，若正常则返回步骤S21，反之转入步骤S22；

[0075] S22：判断系统频率是否大于51Hz以及频率变化率是否大于3％，若满足转入步骤S23，否则转入步骤S24；

[0076] S23：判断负荷节点电压是否小于阈值和发电机机组有功功率输出是否达到极限，若满足则采用发电机机组与SVG协调控制增发无功功率，提高负荷节点电压，进行辅助调频；若不满足则转入S25；

[0077] S24：判断负荷节点电压是否大于阈值和发电机机组有功功率输出是否达到极限，若满足则采用发电机机组与SVG协调控制降低无功功率，降低负荷节点电压，进行辅助调频，若不满足则转入步骤S25；

[0078] S25：仅由发电机机组进行频率支持。

[0079] 进一步需要说明的是，由于正常运行方式下，新能源场站公共耦合节点处电压正负偏差绝对值之和不超过标称值的10％，所以需要判断新能源场站公共耦合节点处的电压是否越限的阈值选取为5％。

[0080] 如图2所示，首先，实时监测公共耦合节点处母线处的电压波动情况，并计算该处的电压偏差ΔV，判断1‑ΔV的绝对值是否小于5％；

[0081] 当1‑ΔV的绝对值小于或等于5％时，保持新能源场站中发电机机组工作在最大功率点跟踪模式，SVG平抑共耦合节点处的电压波动；

[0082] 当1‑ΔV的绝对值大于5％时，采用过电压保护电路控制方法判断过电压保护电路是否投入，并实时检测每台发电机机组的过电压保护电路的投入信号。

[0083] 进一步需要说明的是，上述方案中的过电压保护电路控制方法具体为：

[0084] 当检测到三相电压跌落后，转子电流瞬时值超过阈值后，立刻投入过电压保护电路，保护转子侧变流器不被转子涌流损坏；

[0085] 在过电压保护电路运行期间，测转子电流幅值|ir|，当转子电流幅值|ir|小于动作阈值icth时，不投入过电压保护电路；

[0086] 当转子电流幅值|ir|大于或等于动作阈值icth时，系统控制投入过电压保护电路并闭锁转子侧变流器，同时实时计算若在当前时刻切除过电压保护电路后将会出现的转子电流峰值|ir1|；若在某个时刻满足条件|ir|≤|ir1|，则立刻切除过电压保护电路，恢复对转子侧变流器的控制，若转子电流幅值|ir|大于转子电流峰值|ir1|时，保持过电压保护电路的投入并继续实施实时对转子电流峰值|ir1|进行计算。

[0087] 需要说明的是，由于没有用转子电流的实时值而是采用的可能出现的最大电流与过电压保护电路的阈值动作电流进行比较，相比于传统方案，本文中的自适应切除策略大大地降低了过电压保护电路交替投入的可能性。当电网发生严重的电压跌落时，通过实时计算转子电流峰值|ir1|，能精确地找出过电压保护电路的最小投入时间，从而能尽快切除过电压保护电路并控制机组发出无功功率支撑电压。

[0088] 并且，传统的过电压保护电路控制方案是在转子电流的瞬时值超过过电压保护电路的动作阈值时，立刻投入过电压保护电路；转子电流的瞬时值小于动作阈值时，延时一个同步周期(如120ms)切除过电压保护电路。

[0089] 但是，当转子电流已经被抑制后，过电压保护电路没有及时切除，会增加发电机机组投入且吸收系统无功的时间。

[0090] 本发明的上述控制策略能够实现过电压保护电路的及时切换，使过电压保护电路的动作持续时间尽可能缩短，从而可减少发电机机组从系统吸收的无功功率，还能够有效降低过电压保护电路的交替切换对新能源场站的发电设备(如光伏发电设备、风力发电设备)及其控制装置安全的影响。

[0091] 进一步需要说明的是，由于新能源场站系统中要使用无功补偿设备来满足系统对无功的要求，若无功补偿设备配置容量不足，则容易对系统电压的稳定造成影响。采用无功调控能力优越的SVG与新能源场站中发电机机组共同进行无功补偿可很好地实现无功及电压的控制。在无功容量充足的情况下，若只是让SVG和发电机机组各自进行无功补偿操作，可能会因补偿特性的不同而造成电压不稳定的情况。

[0092] 因此，本发明还设计了如下方法来实现SVG和新能源场站中发电机机组的协调控制。具体如下：

[0093] S31：基于采集的所述共耦合节点处的电压，判断所述共耦合节点处的电压测量值与电压参考值Uref之差ΔUref是否为零，若ΔUref不为零，则进步骤S32，若ΔUref为零，则进行步骤S33；

[0094] S32：进行无功补偿，并判断SVG的状态，若SVG无功余量充足则优先使用SVG对电压进行补偿；若SVG无功余量不足则利用发电机机组进行无功补偿，以使得电压得到调整，转入步骤S31循环检测所述共耦合节点处的电压；

[0095] S33：判断电压是否持续稳定，若电压保持稳定，则转入步骤S34对无功分配情况进行评估；若电压没有保持稳定，则转入步骤S31；

[0096] S34：判断SVG与发电机机组无功分配情况，若分配结果需要调整，则转入步骤S35进行无功再分配；若分配结果为合理，则表明发电机机组和SVG之间没有不必要的无功流动，协调调节过程结束；

[0097] S35：重新确定无功功率分配过程的电压死区，SVG输出无功功率以保持电压稳定，再转入步骤S34重复检测无功分配的情况。

[0098] 本发明所期望实现的技术目的在于期望是快速投入SVG补偿无功，SVG满载后再控制发电机机组参与无功调节；此过程中，实时电压U在不断趋近设定的电压参考值，SVG和发电机机组也逐渐趋于稳定输出，最终使共耦合节点处的电压稳定在设置的死区范围内。

[0099] 当电压稳定之后，再对无功分配情况进行检测，通过无功协调模块进行无功功率的再分配，以期望消除不必要的无功流动。

[0100] 进一步需要说明的是，上述方案中的判断SVG与发电机机组无功分配情况的方法为：

[0101] 判断电压稳定情况，若从t1时刻开始持续Δt时间内均有ΔUref＝0，则在t2＝t1+Δt时刻，表示电压稳定，此时设定Ua＝1；而任何时刻当ΔUref(t)≠0时，表示电压稳定，此时设定Ua＝0；

[0102] 并检测SVG与发电机机组的无功吸收或发出状态，若检测到SVG与发电机机组两者之一处于吸收无功状态，而另一个发出无功状态，则设定Ub＝1，若否，则设定Ub＝0；

[0103] 若Ua＝1且Ub＝1，则表示需要进行无功功率的重新分配，重新设定发电机机组的无功参考值，同时SVG根据电压的变化调整自身的无功输出。

[0104] 进一步需要说明的是，上述方案中的重新确定无功重分配过程的电压死区的方法为：

[0105] 设置分配过程的电压参考值Ur‑1＝0.7UR+0.3Uref；

[0106] 设置分配过程的电压偏移范围Ur‑1‑dev＝0.1Uref‑dev；

[0107] 其中，UR启动无功重分配时监测点的电压值，Uref为共耦合节点处的电压参考值，Uref‑dev为偏移范围；

[0108] 计算得到电压偏差ΔUr‑1＝U‑Ur‑1，若ΔUr‑1≠0时，控制SVG进行无功补偿来平抑电压的波动，直到Ub＝0时，结束无功功率的重新分配的操作。

[0109] 需要说明的是，通过上述的方案，本发明能够优先采用SVG补偿无功，以快速响应电压变化，电压稳定效果良好；负荷较大而SVG或发电机机组不能单独供给足够的无功时，通过SVG与发电机机组的协调控制，能够降低电压瞬变幅度，缩小电压稳定所耗时间，使共耦合节点处的电压稳定在期望范围内。

[0110] 本发明提供的电子设备可以包括：处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、存储器(memory)和通信总线，其中，处理器、通信接口、存储器通过通信总线完成相互间的通信。处理器可以调用存储器中的逻辑指令，以执行上述的新能源场站多SVG无功协调控制方法。

[0111] 上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read‑Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0112] 另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的新能源场站多SVG无功协调控制方法。

[0113] 又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的新能源场站多SVG无功协调控制方法。

[0114] 以上所描述的装置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的劳动的情况下，即可以理解并实施。

[0115] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

[0116] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。