AGC與AVC在光伏電站的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

屈愛艷 袁玉寶 陳洪雨 侯志衛(wèi) 常生強(qiáng)

（石家莊科林電氣股份有限公司，石家莊 050000）

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AGC與AVC在光伏電站的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

屈愛艷 袁玉寶 陳洪雨 侯志衛(wèi) 常生強(qiáng)

（石家莊科林電氣股份有限公司，石家莊 050000）

本文結(jié)合自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）和自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（AVC）在光伏電站中的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)AGC/AVC的基本功能、應(yīng)用方式及控制策略進(jìn)行了簡(jiǎn)要論述。AGC/AVC系統(tǒng)主要由AGC/AVC主機(jī)、通信管理機(jī)、AGC/AVC工作站三部分組成，AGC/AVC主機(jī)用于數(shù)據(jù)處理及控制策略的生成，通信管理機(jī)用于數(shù)據(jù)的采集和控制命令的分發(fā)，工作站用于值班人員的在線監(jiān)視與控制，其中AGC/AVC主機(jī)既可AGC、AVC分別運(yùn)行，又可整體運(yùn)行。實(shí)際應(yīng)用證明，該系統(tǒng)配置靈活，控制準(zhǔn)確，對(duì)維護(hù)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行起到了積極作用。

自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)；自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)；通信管理機(jī)

隨著光伏產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，截止到2015年底我國(guó)光伏累計(jì)裝機(jī)已達(dá)到4300萬kW，并且有專家預(yù)計(jì)，“十三五”期間，我國(guó)每年新增光伏裝機(jī)總量將達(dá)2000萬kW左右，其中將有60%為地面光伏電站，由此可見，光伏電站的總體建設(shè)規(guī)模將進(jìn)一步加大，但光伏電站與傳統(tǒng)電站不同，它的發(fā)電功率完全依賴太陽能，具有很大的不確定性，并且由于逆變器特性，一般都無法進(jìn)行無功調(diào)節(jié)?；谝陨显?，為了更好的提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量，光伏電站的AGC 與AVC系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生。

本文結(jié)合AGC與AVC系統(tǒng)在光伏電站的實(shí)際應(yīng)用方式，對(duì)AGC和AVC系統(tǒng)的構(gòu)造、原理與應(yīng)用模式，做一簡(jiǎn)要描述。

1　AGC與AVC系統(tǒng)

AGC系統(tǒng)是指自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)，它通過控制光伏逆變器的出力，以滿足不斷變化的用戶電力需求，從而使電網(wǎng)處于安全的運(yùn)行狀態(tài)。由于太陽能的間歇性、隨機(jī)性特點(diǎn)，光伏電站的大規(guī)模并網(wǎng)給電網(wǎng)調(diào)度帶來了巨大的調(diào)峰壓力，增加了電網(wǎng)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，降低了電網(wǎng)系統(tǒng)的電能質(zhì)量，因此，光伏電站通過利用有功自動(dòng)控制系統(tǒng)在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，通過實(shí)時(shí)跟蹤上級(jí)電力調(diào)度部門下發(fā)的調(diào)節(jié)指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電出力，以滿足電力系統(tǒng)頻率和功率控制的要求。

AVC系統(tǒng)是指自動(dòng)電壓無功控制系統(tǒng)，它通過自動(dòng)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓、無功，提高電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，降低電網(wǎng)損耗，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了維持所希望的目標(biāo)電壓，光伏電站通過利用自動(dòng)電壓無功控制系統(tǒng)的無功優(yōu)化算法，得到目標(biāo)狀態(tài)下當(dāng)前在線可調(diào)設(shè)備（逆變器、SVC、SVG）的目標(biāo)無功，通過閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓的調(diào)節(jié)，從而使系統(tǒng)電壓逼近或達(dá)到目標(biāo)值，以滿足電力系統(tǒng)無功和電壓控制的要求。

2　AGC與AVC系統(tǒng)在光伏電站的應(yīng)用

AGC/AVC系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　AGC/AVC系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，AGC/AVC系統(tǒng)主要由AGC/AVC主機(jī)、通信管理機(jī)和工作站三部分組成。AGC/AVC主機(jī)主要用于控制策略的生成，通信管理機(jī)主要用于數(shù)據(jù)采集和控制命令的分發(fā)，工作站用于值班人員的監(jiān)視和控制。

通信管理機(jī)接收上級(jí)電力調(diào)度部門下發(fā)的功率、電壓調(diào)節(jié)命令，簡(jiǎn)單處理后，利用消息總線把命令發(fā)送給AGC/AVC主機(jī)用于調(diào)節(jié)，通信管理機(jī)還需采集站內(nèi)各逆變器、無功補(bǔ)償裝置的有功、無功、電壓、功率因數(shù)等實(shí)時(shí)信息，發(fā)送給AGC/AVC主機(jī)用于策略分析。

AGC/AVC主機(jī)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)和控制命令的生成，AGC/AVC主機(jī)即可AGC、AVC功能獨(dú)立運(yùn)行，也可整體運(yùn)行。AGC/AVC主機(jī)收到上級(jí)調(diào)度的調(diào)節(jié)命令后，結(jié)合站內(nèi)SCADA實(shí)時(shí)信息，利用有功、電壓調(diào)節(jié)算法生成控制策略，并通過通信管理機(jī)把控制命令分發(fā)給各設(shè)備。由于目前各設(shè)備廠家使用的通信規(guī)約各不相同，新建電站常常需要增加新的通信接口，目前典型做法是AGC/AVC主機(jī)和通信管理機(jī)之間通過標(biāo)準(zhǔn)的電力通信方式交互，保證了策略控制和數(shù)據(jù)采集的完全獨(dú)立，在增加新設(shè)備時(shí)只需選用對(duì)應(yīng)廠家的通信管理機(jī)或只修改通信管理機(jī)的通信接口即可，從而增加了AGC/AVC系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和穩(wěn)定性。

3　AGC與AVC系統(tǒng)控制流程及策略

AGC/AVC系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過跟蹤上級(jí)調(diào)度的發(fā)電計(jì)劃來調(diào)節(jié)電站的有功和無功出力，從而使發(fā)電功率和目標(biāo)功率相匹配、母線電壓和目標(biāo)電壓相匹配，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

AGC控制流程圖如圖2所示。

圖2　AGC系統(tǒng)控制流程圖

AVC控制流程圖如圖3所示。

圖3　AVC系統(tǒng)控制流程圖

不同于火力發(fā)電，光伏電站的發(fā)電功率和母線電壓更容易受到來自電站本身的各因素影響，即使AGC、AVC的相關(guān)算法已經(jīng)相當(dāng)成熟，并廣泛應(yīng)用，但控制策略還需充分考慮電站自身運(yùn)行方式，回避如逆變器高頻調(diào)節(jié)易產(chǎn)生諧波、多SVG設(shè)備無法協(xié)調(diào)控制等不良因素影響，才能最大限度發(fā)揮AGC/AVC系統(tǒng)的作用。

AGC常用控制策略概述：

1）當(dāng)AGC主機(jī)接收到的當(dāng)前有功計(jì)劃值小于光伏發(fā)電站當(dāng)前出力時(shí)，執(zhí)行降低總有功出力的控制，能綜合考慮各逆變器的運(yùn)行狀態(tài)和當(dāng)前有功出力，按照等裕度或等比例等方式，合理進(jìn)行有功分配。

2）當(dāng)AGC主機(jī)接收到的當(dāng)前有功計(jì)劃值大于光伏發(fā)電站當(dāng)前出力時(shí)，執(zhí)行增加總有功出力的控制，能綜合考慮各逆變器的運(yùn)行狀態(tài)和有功出力預(yù)測(cè)值，按照等裕度或等比例等方式，合理進(jìn)行有功分配。

3）AGC主機(jī)具備對(duì)光伏電站有功出力變化率進(jìn)行限制的能力，具備1min、10min調(diào)節(jié)速率設(shè)定能力，以防止功率變化波動(dòng)較大對(duì)電網(wǎng)的影響。

4）AGC主機(jī)具備接收上級(jí)調(diào)度下發(fā)的緊急切除有功指令功能。在緊急指令下，在指定的時(shí)間內(nèi)全站總有功出力未能達(dá)到控制目標(biāo)值時(shí)，AGC主機(jī)可以采用向逆變器下發(fā)停運(yùn)指令，或者通過遙控指令拉開集電線開關(guān)等方式，快速切除有功出力。

5）當(dāng)升壓站高壓側(cè)采用多分段母線時(shí)，AGC主機(jī)具備分別接收不同母線所連接的送出線總有功設(shè)定指令的能力。

6）對(duì)電力系統(tǒng)故障時(shí)沒有脫網(wǎng)的光伏電站，故障清除后，AGC主機(jī)具備控制有功功率以至少30%的額定功率/秒快速恢復(fù)到正常發(fā)電狀態(tài)的能力。

AVC常用控制策略概述：

1）在電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)情況下，AVC主機(jī)具備充分利用逆變器的無功調(diào)節(jié)能力來調(diào)節(jié)電壓的能力，當(dāng)逆變器無功調(diào)節(jié)能力不足時(shí)，考慮 SVC/SVG裝置的無功調(diào)節(jié)。在保證電壓合格基礎(chǔ)上，應(yīng)為SVC/SVG裝置預(yù)留合理的動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備。

2）在電網(wǎng)故障情況下，AVC主機(jī)可快速調(diào)節(jié)SVC/SVG裝置無功使電壓恢復(fù)到正常水平。

3）當(dāng)電網(wǎng)從故障中恢復(fù)正常后，AVC主機(jī)能通過調(diào)節(jié)逆變器的無功出力，將 SVC/SVG裝置已經(jīng)投入的無功置換出來，使其預(yù)留合理的動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備。

4）當(dāng)升壓站內(nèi)有多組SVC/SVG裝置時(shí)，AVC主機(jī)能協(xié)調(diào)控制各組 SVC/SVG裝置，各組裝置之間避免無功的不合理流動(dòng)。

5）當(dāng)全部無功調(diào)節(jié)能力用盡，電壓仍不合格時(shí)，AVC主機(jī)可以給出調(diào)節(jié)分頭的建議策略或自動(dòng)調(diào)節(jié)分頭。

4　結(jié)論

AGC/AVC系統(tǒng)是近年出現(xiàn)的針對(duì)地面光伏電站有功與電壓調(diào)節(jié)的一種新型應(yīng)用方式，AGC/AVC系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)維護(hù)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著積極作用，并且必將會(huì)隨著地面光伏電站的不斷發(fā)展，而處于越來越重要的地位，但由于目前各逆變器、SVG廠家還沒有形成一套統(tǒng)一的調(diào)控標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致AGC/AVC系統(tǒng)常常需要結(jié)合電站的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行定制開發(fā)，大大影響了AGC/AVC系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用。

[1] 王成福, 李銳, 劉輝榮, 等. 光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電力系統(tǒng)通信, 2011, 32(6): 53-57.

[2] 鄭詩程. 光伏發(fā)電系統(tǒng)及其控制的研究[D]. 合肥:合肥工業(yè)大學(xué), 2004.

[3] 程若發(fā), 董華. 基于 DSP光伏發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化, 2010, 32(12): 101-102.

The Application and Realization of AGC and AVC in Solar Photovoltaic Plant

Qu Aiyan Yuan Yubao Chen Hongyu Hou Zhiwei Chang Shengqiang
(Shijiazhuang Kelin Electric Co.,Ltd, Shijiazhuang 050000)

In this paper, combined with the practical application of automatic generation control (AGC) system and automatic voltage control (AVC) system in solar photovoltaic plant, the basic functions, application methods and control strategies of AGC/AVC are briefly described. AGC/AVC mainly consists of three parts, the AGC/AVC host, communications manager, AGC/AVC workstation, the AGC/AVC host for data processing and control strategy generation, communications manager for the distribution of data acquisition and control commands, the workstation for online monitoring and control personnel on duty, the AGC/AVC host can run independently, but also the overall operation. The practical application shows that the system is easily configurable and precise control, and it plays a positive role in maintaining the safe and stable operation of the power grid.

automatic generation control system; automatic voltage controlsystem; communications manager

屈愛艷（1976-），女，本科，工程師，主要從事電力調(diào)度及變電站自動(dòng)化系統(tǒng)研發(fā)工作。