一种基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法

一种基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法，属于电力系统发电技术领域。
【背景技术】
[0002]近几年来，随着光伏技术的发展和成熟，光伏电站得到大力推广，并进行了规模化的建设。建成的光伏电站需要并入电网，并进行功率控制，以实现电能优化和电力调度。功率优化控制子站需要把调度指令合理分配，并下发到每一台并网运行调节对象(发电机、逆变器等)。分层分区域的系统结构以其卓越的调节性能和方便的可扩展性而备受瞩目，并逐步占领主要市场。针对这种系统结构，为了更好的实现调节对象的并网运行及可调状态判断，需要引入一种新型的分层式拓扑分析方法。

【发明内容】

[0003]在以往的功率控制系统进行拓扑分析时，往往需要根据具体的主接线形式，进行针对性地处理，其实现方法复杂，运行效率低下，并且在主接线形式变更时，又不得不重新进行开发，灵活性很差。为了更好的实现调节对象的并网运行及可调状态判断，结合光伏功率优化控制系统的分层分区域的系统结构，本发明提出了一种分层式拓扑分析方法，其拓扑分析部分同样适用于光伏以外的其它技术领域。
[0004]本发明具体采用以下技术方案:
[0005]一种基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法，其特征在于:
[0006]将并网线、母线、母联、分段和主变等作为第一层，将汇集线、调节对象等作为第二层，其中，所述调节对象主要包括发电机、逆变器；
[0007]所述拓扑分析方法抛开主接线型式的界定，借助直接电气元件间连接关系的判断和间接连接关系的推导；对于第一层，选择并网点，确定目标母线，实现目标母线是否并网运行的判断；对于第二层，实现汇集线运行状态、发电机或逆变器运行状态和运行模式的判断；最后结合这两层拓扑分析的结果，得到调节对象是否并网运行、是否可调节的结论。
[0008]一种基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法，所述方法包括分层设置、第一层拓扑分析、第二层拓扑分析、综合判断；其特征在于，所述拓扑分析方法包括以下步骤:
[0009]步骤1:分层设置:根据光伏电站电气主接线型式，给相关电气元件和回路编号编号，并区分出并网线、汇集线，其中相关电气元件包括母线、母联、分段、主变、发电机、逆变器；选择并网线、母线、母联、分段和主变作为第一层；选择汇集线、调节对象作为第二层，其中调节对象包括发电机、逆变器；
[0010]步骤2:第一层拓扑分析，通过并网线回路开关和刀闸的合分状态，判断并网线与母线的直接连接关系；通过母联或分段回路开关和刀闸的合分状态，判断母线之间的直接连接关系；通过主变回路开关和刀闸的合分状态，判断母线之间的直接连接关系；通过并网点所在母线和母线之间的直接连接关系，推导所有和并网点相连的母线，即目标母线；通过目标母线以及并网线与母线的直接连接关系，推导目标母线是否并网运行；
[0011]步骤3:第二层拓扑分析，通过汇集线回路开关和刀闸的合分状态，判断汇集线与母线的直接连接关系；通过调节对象的运行状态，判断调节对象是否正常运行且处于可调模式；
[0012]步骤4:综合判断，通过并网运行的目标母线以及汇集线与母线的连接关系，判断汇集线是否并网运行，再结合调节对象的运行状态和工作模式，推导出调节对象是否并网运行且可调。
[0013]本申请还进一步优选包括以下方案:
[0014]在并网线与母线的连接关系、母线之间的连接关系、以及汇集线与母线的连接关系表述中，采用母线的按位表示方法:母线总数8段时，连接关系用I个字节表示；母线总数16段时，连接关系用2个字节表示；依次类推，每增加8段母线，连接关系就增加I个字节表示；当母线数目不足8的倍数时，补充至8的倍数，然后计算所需字节数。连接关系数据每一位表示与特定母线的连接状态，为I时表示连接，为O时表示断开；每一位与特定母线的对应关系为:bit0表示1#母线、bitl表示2#母线、依次类推。亦即与N#母线直接连接状态可表示为2的N-1次方，记作.Χ (N-1) ；M#母线与N#母线直接连接状态可表示为2的M-1次方位与2的N-1次方，记作:2~ (M-1) +2~ (N-1)；
[0015]在连接关系推导中，采用“位与”和“位或”的逻辑判断方法。通过母联或分段回路开关和刀闸的合分状态判断出母线之间的直接连接关系，将母线之间的连接关系记为BusLink，并网点所在母线记为BusSel，则两者位与的结果BusSel&BusLink表示了通过母联或分段直接连接的两段母线是否被选择为目标母线:当结果为O时，表示未被选中，当结果不为O时，表示被选中。当位与结果不为O时，两者位或的结果BusSel I BusLink表示了与并网点有连接关系的所有母线，具体母线由置I的位表示。同理，可以得到其它母线是否被选择为目标母线。
[0016]本发明具有以下有益技术效果:
[0017]所述的分层式拓扑分析方法，抛开主接线型式的界定，不必受到单母线、双母线或带旁路母线等等接线型式的制约，而适用于各种主接线型式；所述的分层式拓扑分析方法，解耦了主接线型式和调节对象，简化了拓扑分析内容，提高了分析判断的效率，为光伏功率优化控制系统的分层分区域的系统结构提供了极佳的解决方案；所述的分层式拓扑分析方法，所涉及的算法，更是简化了判断，提高了效率，同样适用于光伏以外的技术领域。
[0018]如果采用了所述的分层式拓扑分析方法，在主接线型式改变或系统扩容升级时，只需借助极少的改动甚至通过参数设置，即可实现整个系统的拓扑分析。相关的改动可能只是包括添加新增母线、添加新增元件或线路的直接连接关系，而间接连接关系的推导只需增加循环判断的次数即可实现。所以说，该分层式拓扑分析方法，方便进行系统扩容升级，可有效缩减扩容升级的时间和成本，极大提高工程进度和工程质量。
【附图说明】
[0019]图1为光伏电站电气主接线示意图。
[0020]图2为本发明基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法总流程图。
[0021]图3为总流程步骤2—一第一层拓扑分析流程图。
[0022]图4为总流程步骤3—一第二层拓扑分析流程图。
[0023]图5为总流程步骤4一一综合判断流程图。
【具体实施方式】
[0024]以下就结合说明书附图一一电气主接线示意图和方法流程图，来进一步说明本发明的【具体实施方式】。为便于说明，本示例选用高压侧单母线，低压侧单母分段的主接线型式，如附图1所示。其中，母线为可以连接多个电气回路的低阻抗导体。位于两组母线之间并允许两组母线连接的回路，一般包含开关和刀闸，在双母线接线型式下称为母联，在单母分段接线型式下称为分段。对于通过升压变压器接入公共电网的光伏电站，与电网直接连接的升压变高压侧母线为并网点，连接箱变与升压变低压侧母线之间的线路为汇集线。对于不通过变压器直接接入公共电网的光伏电站，其输出汇总点为并网点，连接箱变与并网点所在母线之间的线路为汇集线。所述并网线，即连接并网点与电力系统之间的线路。所述目标母线，是与并网点有实际连接关系的母线。调节对象为发电机或逆变器。
[0025]如附图2所示为本发明基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法总流程图，所述分层式拓扑分析方法包括以下步骤:
[0026]步骤一:首先给相关元件和回路编号，如电气主接线示意图所示。其中，包括3段母线，I个分段，I条并网线，2台主变和6条汇集线。然后分层:划分低压母线及以上部分为第一层(包括3段母线，I个分段，I条并网线和2台主变)，汇集线及以下部分为第二层(包括6条汇集线和每条汇集线下的调节对象)。
[0027]步骤二:接下来进行第一层拓朴分析。通过并网线回路开关和刀闸的合分状态，判断并网线与母线的直接连接关系；通过母联或分段回路开关和刀闸的合分状态，判断母线之间的直接连接关系；通过主变回路开关和刀闸的合分状态，判断母线之间的直接连接关系；通过并网点所在母线和母线之间的直接连接关系，推导所有和并网点相连的母线，即目标母线；通过目标母线以及并网线与母线的直接连接关系，推导目标母线是否并网运行；
[0028]首先根 据开关和刀闸的合分状态，判断与母线的直接连接关系。如附图3所示，根据1#并网线开关L1-2和1#并网线刀闸L1-1/L1-3的状态判断1#并网线与1#母线的连接关系，记为BusLinkL ;根据1#分段开关Bl-1和1#分段手车B1-2/B1-3的状态判断2#母线与3#母线的连接关系，记为BusLinkB ;根据1#主变低压侧开关Tl-1、1#主变低压侧手车Tl-2、1#主变高压侧开关T1-4和1#主变高压侧刀闸T1-3/T1-5的状态判断1#母线与2#母线的连接关系，记为BusLinkTl ;根据2#主变低压侧开关T2_l、2#主变低压侧手车T2-2、2#主变高压侧开关T2-4和2#主变高压侧刀闸T2-3/T2-5的状态判断1#母线与3#母线的连接关系，记为BusLinkT2。然后根据选择的母线和母线之间的连接关系，推导所有的目标母线。例如，选择1#母线为调节母线，记为BusSel ;如果1#母线和2#母线直接连接，即(BusSel&BusLinkTl = = true)，1# 母线和 3# 母线直接连接，即(BusSel&BusLinkT2==true)，那么，l#/2#/3# 母线均为目标母线，即 BusAim = (BusLinkTl | BusLinkT2)。最后根据目标母线和并网线的连接关系(BusAim&BusLinkL)，推导目标母线是否并网运行，所有并网运行母线记为BusRun。接上例，l#/2#/3#母线均为目标母线，如果1#并网线与1#母线直接连接，则1#/2#/3#母线并网运行，可以调节；否则1#/2#/3#母线脱网，无需调节。
[0029]步骤三:紧接着进行第二层拓扑分析，首先根据开关和刀闸的合分状态，判断汇集线与母线的直接连接关系；通过调节对象的运行状态，判断调节对象是否正常运行且处于可调模式。
[0030]如附图4所示，根据1#汇集线开关Gl-1和1#汇集线手车G1-2的状态判断1#汇集线与2#母线的连接关系，记为BusLinkGl，根据2#汇集线开关G2-1和2#汇集线手车G2-2的状态判断2#汇集线与2#母线的连接关系，记为BusLinkG2，依次类推。然后通过调节对象的运行状态，判断调节对象的运行状态和运行模式。例如，对于m#汇集线下连接的n#逆变器或发电机，在其通讯正常，运行正常，无故障、无闭锁，并且运行在可调节模式时，置准备就绪标志，记为ReadyGn。
[0031]步骤四:最后结合第一层和第二层的分析结果，进行综合判断。如图5所示，首先进行汇集线并网运行判断:通过汇集线和母线的直接连接关系BusLinkG，以及并网运行的目标母线BusRun，采用位与的逻辑处理方法，即(BusRun&BusLinkG)，判断汇集线是否并网运行。当位与结果为O时，表示该汇集线没有并网运行；当位与结果不为O时，表示该汇集线并网运行。然后进行调节对象是否可调的判断:结合该汇集线下逆变器或发电机的准备就绪标志ReadyG，即当汇集线并网运行，且其下逆变器或发电机准备就绪时，该逆变器或发电机可调，否则不可调。由此，功率控制子站或主站就可以根据既定的分配策略，给这些可调的逆变器或发电机分配目标指令了。
[0032]这种把复杂主接线型式分层化的实现方法，使得每一层的拓扑分析任务都更加简洁和明确。对于第一层，输入目标母线或目标并网线，输出并网运行的所有母线；对于第二层，判断调节对象的运行状态和运行模式；最后结合分层处理的结果，得到调节对象的可调节状态。其中使用的拓扑分析方法，不再依赖于具体的主接线型式，具有很好的通用性和易扩展性，实现了功能的模块化。
【主权项】
1.一种基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法，其特征在于: 将并网线、母线、母联、分段和主变等作为第一层，将汇集线、调节对象等作为第二层，其中，所述调节对象主要包括发电机、逆变器； 所述拓扑分析方法抛开主接线型式的界定，借助直接电气元件间连接关系的判断和间接连接关系的推导；对于第一层，选择并网点，确定目标母线，实现目标母线是否并网运行的判断；对于第二层，实现汇集线运行状态、发电机或逆变器运行状态和运行模式的判断；最后结合这两层拓扑分析的结果，得到调节对象是否并网运行、是否可调节的结论。2.—种基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法，所述方法包括分层设置、第一层拓扑分析、第二层拓扑分析、综合判断；其特征在于，所述拓扑分析方法包括以下步骤: 步骤1:分层设置:根据光伏电站电气主接线型式，给相关电气元件和回路编号编号，并区分出并网线、汇集线，其中相关电气元件包括母线、母联、分段、主变、发电机、逆变器；选择并网线、母线、母联、分段和主变作为第一层；选择汇集线、调节对象作为第二层，其中调节对象包括发电机、逆变器； 步骤2:第一层拓扑分析，通过并网线回路开关和刀闸的合分状态，判断并网线与母线的直接连接关系；通过母联或分段回路开关和刀闸的合分状态，判断母线之间的直接连接关系；通过主变回路开关和刀闸的合分状态，判断母线之间的直接连接关系；通过并网点所在母线和母线之间的直接连接关系，推导所有和并网点相连的母线，即目标母线；通过目标母线以及并网线与母线的直接连接关系，推导目标母线是否并网运行； 步骤3:第二层拓扑分析，通过汇集线回路开关和刀闸的合分状态，判断汇集线与母线的直接连接关系；通过调节对象的运行状态，判断调节对象是否正常运行且处于可调模式； 步骤4:综合判断，通过并网运行的目标母线以及汇集线与母线的连接关系，判断汇集线是否并网运行，再结合调节对象的运行状态和工作模式，推导出调节对象是否并网运行且可调。3.根据权利要求2所述的分层式拓扑分析方法，其特征在于: 在并网线与母线的连接关系、母线之间的连接关系、以及汇集线与母线的连接关系表述中，采用母线的按位表示方法:母线总数8段时，连接关系用I个字节表示；母线总数16段时，连接关系用2个字节表示；依次类推，每增加8段母线，连接关系就增加I个字节表示；当母线数目不足8的倍数时，补充至8的倍数，然后计算所需字节数。4.根据权利要求3所述的分层式拓扑分析方法，其特征在于: 连接关系数据每一位表示与特定母线的连接状态，为I时表示连接，为O时表示断开；每一位与特定母线的对应关系为:bitO表示1#母线、bitl表示2#母线、依次类推；亦即与N#母线直接连接状态可表示为2的N-1次方，记作:2~ (N-1) ；M#母线与N#母线直接连接状态可表示为2的M-1次方位与2的N-1次方，记作:2~ (M-1)+2~ (N-1)。5.根据权利要求3或4所述的分层式拓扑分析方法，其特征在于: 在连接关系推导中，采用“位与”和“位或”的逻辑判断方法: 通过母联或分段回路开关和刀闸的合分状态判断出母线之间的直接连接关系，将母线之间的连接关系记为BusLink，并网点所在母线记为BusSel，则两者位与的结果BusSel&BusLink表示了通过母联或分段直接连接的两段母线是否被选择为目标母线:当结果为O时，表示未被选中，当结果不为O时，表示被选中；当位与结果不为O时，两者位或的结果BusSellBusLink表示了与并网点有连接关系的所有母线，具体母线由置I的位表示；同理，可以得到其它母线是否被选择为目标母线。
【专利摘要】一种基于光伏功率控制系统的分层式拓扑分析方法，把复杂的主接线型式进行分层处理，使得每一层的拓扑分析任务都更加简洁和明确。对于第一层，选择并网点，确定目标母线，实现目标母线是否并网运行的判断；对于第二层，判断调节对象的运行状态和运行模式；最后结合分层处理的结果，得到调节对象的可调节状态。这种分层式拓扑分析方法为光伏功率优化控制系统的分层分区域的系统结构提供了极佳的解决方案。其中使用的拓扑分析方法，不再依赖于具体的主接线型式，具有很好的通用性和易扩展性，实现了功能的模块化，同样适用于光伏以外的其它技术领域。
【IPC分类】H02J3/38
【公开号】CN104882907
【申请号】CN201510253504
【发明人】杨新超, 李龙彬, 赵友军, 钱华东, 张云帆, 肖美茹, 赵晨华
【申请人】北京四方继保自动化股份有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月18日