10k V并网新能源场站AVC子站控制策略研究

曹德发 王映萍 邬奇林 林志杭

（广东电网有限责任公司梅州供电局）

0 引言

10kV并网的新能源场站AVC子站与配网AVC主站能实现上下级控制的协调。AVC子站对新能源场站内现有的新能源机组、电容电抗SVC／SVG的无功调节能力进行全面统计，综合计算出场站内10kV并网点无功调节的能力范围，并上送至配网AVC主站，保证主站计算电压控制策略时能充分考虑新能源场站自身的控制调节能力。AVC子站接收配网AVC主站下发的10kV并网点电压控制目标，在机组机端电压合格的基础上，调节站内机组和无功设备，实现该控制目标。

本文从控制对象、目标及算法详细分析该10kV并网新能源场站AVC子站系统。

1 控制对象

通过10kV并网的集中式风电、光伏、储能等新能源场站AVC子站通过远动通道接收调度主站下发的高压侧母线电压目标值，子站完成调度主站对无功调整的控制手段包括：新能源机组无功、SVC／SVG动态无功补偿装置、传统电容器／电抗器、有载调压主变分接头。

1.1 调整新能源机组无功出力

新能源机组无功输出的控制一般有两种方式：调整新能源机组的无功出力与调整新能源机组的功率因数。

在调整机组功率因数模式下，由于在2次控制指令的间隔机组保持功率因数不变，在此期间的无功要受机组有功波动的影响，机端电压也受有功波动的影响，不利于场站电压控制。因此，建议在有条件时均采用直接调整新能源机组无功的方式。

1.2 调整SVC／SVG等动态无功补偿装置

对于目前新能源场站已经安装配置的SVC／SVG等动态无功补偿装置，也应接入无功电压控制子站中，参与无功控制。子站采用电压和无功目标相结合的方式来控制SVG／SVC动态无功补偿装置。子站同时向SVC／SVG装置发送高压侧母线电压上下限值和无功设定值，其控制逻辑如下：

1）当高压侧母线电压在设定的电压限值范围内时，SVC响应子站下发的无功设定值，发出指定的无功；

2）当高压侧母线电压越出电压设定的电压限值范围时，SVC装置不再等待子站的无功指令，自行动作进行毫秒级的快速无功调整。

采用这种“电压+无功”的综合控制方式，可以在稳态情况下，通过无功指令，实现SVC／SVG与电容器或新能源、小水电机组等其他无功设置之间的精确协调控制，用其他慢速无功设备的无功置换快速的SVC／SVG无功，最大化快速无功的储备；也可以实现多台SVC／SVG之间的无功精确协调控制，避免由于不同SVC／SVG装置的响应速度不同，出现站内的无功不合理流动。同时，采用这种方式，还可以保证在故障暂态下，当电压出现剧烈波动时，SVC／SVG可以自主快速动作，在毫秒级对电压进行调整，避免暂态情况下的机组因电压异常而脱网。

1.3 调整主变分接头

新能源场站升压站主变分接头的控制权限属于场站运行值班人员，也可以加入到自动电压控制子站中，参与闭环自动控制。当子站在需要调节分头时，其将调节指令发至升压站监控系统，由监控系统负责执行，并将结果反馈至子站。考虑到目前的实际情况，子站具备自动控制主变分头的控制，但是一般不投入自动闭环。当其他手段用尽，需要调节分头时，系统给出调整分接头的提示。

2 控制目标

新能源场站AVC子站的电压无功控制目标为：兼顾新能源机组机端电压在合格的范围内，以10kV高压侧母线电压为控制目标，最大化SVC／SVG快速无功设备的动作裕度，应对电压异常变化情况。

AVC子站对电压无功的自动控制具有三个目标，按控制的优先级排序如下：

（1）监控并维持新能源机组机端电压在合格范围内

若出现机组机端电压临近越限，将执行校正控制，首先利用该机组本身及邻近机组的无功出力将其电压拉回。若机组无功调节能力不够，将采用SVC设备进行调节。该控制目标保证机组不因电压问题出现脱网，为电压的校正控制。

（2）跟随主站下发的对高压母线的电压控制目标

在满足上述目标1的基础上，调度主站向子站下发高压侧母线电压控制目标，子站控制无功电压设备和机组，从而实现该控制目标；当子站与调度主站的通信出现中断时，能够按照就地闭环方式，依照预先给定的高压侧母线电压的运行曲线进行控制。该控制目标充分保证场站高压侧母线电压的合格。

（3）维持场站内无功平衡，并保留较大的动态无功裕度

在满足控制目标1、2的基础上，AVC子站系统能平衡场内无功流动，避免机组之间或多台SVC／SVG之间出现不合理的无功环流。同时，在电压合格的基础上，能使用机组的无功去置换出SVC／SVG的无功，使SVC／SVG保持有比较大的动态无功调节裕度，为应对电压异常变化做好准备。

上述3个目标中，控制目标1、2是为保证场站正常运行以及新能源上网区域电压正常的校正控制，控制目标3是为应对电压异常变化做好的优化预防控制准备。

在无功电压自动控制方面，AVC子站能够协调控制机组、低压电容／抗器及主变分头、动态无功补偿设备，快速跟随主站下发的控制目标，控制优先调整调节速度快的设备，调整较慢的设备应随后跟进，保证场站留有充足的动态（调节速度较快的）无功补偿容量，从而最大化快速动态调节无功储备，提高场站抵御电压异常的无功动态裕度。

3 控制算法

新能源场站AVC子站综合考虑电容电抗等离散调节设备和升压站内的SVC／SVG等连续调节设备，以及辐射网内的新能源机组无功出力，进行全场站内的二级电压控制计算。可分为机组机端电压校正控制、高压侧母线电压追随控制和场内无功电压优化控制3个流程。

通过调度数据网通道，AVC子站接收调度AVC主站下发的场站高压侧母线电压调整量，也可以接收高压侧母线电压的控制目标值和参考值。根据场站当前各机组机端电压情况，以及高压侧母线电压与调度AVC主站下发目标值的差值情况，进入不同的控制流程。

3.1 新能源机组机端电压校正控制

校正控制的目标是维持场站内各机组的机端电压均在安全范围内，将进入（紧急）校正状态下的机组控制回正常状态。当机组机端电压越限，超过指定的安全限值时，机组进入紧急校正控制状态。这时，系统优先控制越限的机组自身的无功，将其机端电压控制到安全限值内。如越限的机组已经没有可控的无功资源，则以电气距离由近到远的原则，控制与越限机组运行在同一集电线上的其他机组的无功出力；如该集电线所有机组均无可控无功，则控制该集电线所连接35kV母线的SVC／SVG或电容器无功，以消除机组机端电压越限。

正常情况下，场站内各机组机端电压虽有差别，但其总体电压水平应比较接近，若场站内同时出现机组因电压过高和电压过低进入（紧急）校正控制状态，则其他机组和SVC／SVG设备保持原值，在AVC系统的人机界面中给出报警信号，提示是否存在量测错误，或机组箱变的变比设定不合理。

3.2 高压侧母线电压追随控制

当场站内所有运行的机组的机端电压均在合格范围内时，系统进入高压侧母线电压的追随控制流程。这时，当AVC主站下发的场站高压侧控制目标电压与当前电压偏差超过控制死区时，或主站下发高压侧母线升压或降压的控制指令时，进入高压侧母线电压的追随控制，控制过程如下：

场站AVC子站接收到AVC主站下发的场站高压侧母线电压调整量后，首先计算为了达到高压侧母线碘化银控制目标值所需要的总无功值，然后根据目前SVC／SVG的可调容量、全部机组的可调容量以及电容／抗器的可调容量，计算采用的控制手段和调整值。计算的主要原则为：在稳态情况下优先考虑采用机组无功作为基础的调压手段，尽量为SVC保留可动作的无功储备裕度。因此系统会优先采用电容／抗器无功；当电容／抗器无功用尽，或者根据电压预估结果，电容／抗器已经无法继续投切时，采用机组无功；当机组无功用尽时，采用SVC／SVG无功。

由于对SVC／SVG装置采用前述“电压+无功”的综合控制方式，因此可以按照上述原则实现多种无功设备的协调控制。

3.3 场内无功电压优化控制

当全场运行机组的机端电压均在安全限值范围内，并且AVC主站下发的高压侧母线控制目标电压与当前电压偏差在控制死区范围内时，系统进入场内无功电压优化控制流程，其主要过程如下：

在充分考虑各种约束条件后，场站AVC子站根据机组当前的调节能力，以最大化SVC／SVG的动态无功储备为目标，通过控制SVC／SVG的无功出力，同时配合调节机组无功出力，将SVC／SVG吸收或发出的可连续调节无功置换为机组吸收或发出的无功，从而在维持高压侧母线电压水平的基础上，实现最大化SVC／SVG的动态连续无功储备。

虽然在稳态的校正控制和追随控制过程中，系统主要运用了电容／抗器无功和新能源机组无功作为稳态下的调压手段，尽量保留SVC／SVG的快速无功裕度，但是当系统出现电压异常波动时，根据前述SVC／SVG的控制方式，SVC／SVG在出现电压波动的暂态过程中自主动作，发出或吸收无功，消除电压的波动，因此当电压恢复稳定后，SVC／SVG装置可能已经达到无功全部投入／退出的状态，这时的优化控制流程，可以用其他无功来置换SVC／SVG的快速无功，为SVC／SVG应对下一次电压异常波动做好准备。

场内无功电压优化控制还可以实现多台SVC／SVG的协调控制，避免出现场内不合理的无功流动。由于对SVC／SVG装置采用“电压+无功”的综合控制方式，因此可以按照上述原则实现多种无功设备的协调控制。

4 结束语

随着新能源的快速发展，新能源发电在电力系统中的占比越来越高，对电网的影响也越来越大，新能源并网后的无功电压优化控制越来越受到广泛的关注，本文提出一种地区电网与新能源场站无功电压协调控制的总体技术方案，详细阐述了协调控制对象、目标及算法，并深入研究，较好地解决了新能源并网的无功电压协调控制问题。