湖南永州19.8 MW分布式光伏電站AGC/AVC控制及應(yīng)用

劉 海 高春玉

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030000)

湖南永州19.8 MW分布式光伏電站AGC/AVC控制及應(yīng)用

劉 海 高春玉

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030000)

介紹了光伏電站中功率控制系統(tǒng)AGC(自動(dòng)發(fā)電控制)/AVC(自動(dòng)電壓控制)的組成部分及各部分功能；通過(guò)分析實(shí)測(cè)試驗(yàn)光伏電站并網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，描述了光伏電站發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)對(duì)系統(tǒng)交換功率和高壓輸電網(wǎng)的電壓質(zhì)量的影響，對(duì)了解掌握AGC/AVC的控制原理及應(yīng)用具有參考意義。該系統(tǒng)在湖南永州19.8 MW分布式光伏電站中應(yīng)用，并取得良好效果。

光伏電站，逆變器，箱式變壓器，自動(dòng)發(fā)電控制，自動(dòng)電壓控制，潮流

0 引言

湖南省永州19.8 MW分布式光伏發(fā)電，項(xiàng)目位于湖南省永州市冷水灘區(qū)普利橋鎮(zhèn)江子塘村。新建35 kV開(kāi)關(guān)站一座，35 kV側(cè)光伏出線1回、集電線路2回、SVG出線1回、接地變兼站用變出線1回，母線PT 1回，單母線接線；相應(yīng)的繼電保護(hù)、監(jiān)控、通信、無(wú)功補(bǔ)償裝置及相關(guān)的土建及安裝工程。

規(guī)范性引用文件GB/T 19964—2012光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定。

1 控制及應(yīng)用

永州19.8 MW分布式光伏電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司產(chǎn)品，由站控層后臺(tái)設(shè)備、遠(yuǎn)動(dòng)通訊設(shè)備、光功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)、AGC/AVC控制系統(tǒng)、公用設(shè)備均布置在二次設(shè)備預(yù)制艙內(nèi)。35 kV開(kāi)關(guān)站控制系統(tǒng)主要由主機(jī)、通信管理機(jī)、工作站三部分組成。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,其中主機(jī)既可分別運(yùn)行,又可整體運(yùn)行。

1)光伏發(fā)電區(qū)，將400臺(tái)50 kVA逆變器發(fā)出的電能匯集后經(jīng)13臺(tái)箱式變壓器1 600 kVA升壓35 kV集電線路2回送至開(kāi)關(guān)站；開(kāi)關(guān)站將35 kV電源匯入永州卉塘站412線路的變電站。

2)光伏場(chǎng)區(qū)通過(guò)箱變保護(hù)測(cè)控一體化裝置組成2個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)，將光伏區(qū)所有數(shù)據(jù)通過(guò)光纖環(huán)網(wǎng)送至開(kāi)關(guān)電站內(nèi)二次環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，再至站控層設(shè)備。集電線路連接箱變的電纜線路，為兩條35 kV接線回路。

3)SVG裝置：SVG是靜止式動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置,能夠輸出感性和容性無(wú)功，在一定范圍內(nèi)可從感性到容性連續(xù)調(diào)節(jié)。

2 AGC/AVC主要功能

1)光伏發(fā)電站AGC/AVC子站指運(yùn)行在光伏發(fā)電站就地的控制裝置或軟件，用于接收、執(zhí)行調(diào)度AGC/AVC主站的有功和電壓控制指令，并向主站回饋信息。

2)逆變器監(jiān)控系統(tǒng)在光伏發(fā)電站內(nèi)對(duì)各逆變器進(jìn)行監(jiān)控的自動(dòng)化系統(tǒng)，其可以采集各逆變器的運(yùn)行狀態(tài)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到AGC/AVC子站;同時(shí)可以接收子站下發(fā)的有功無(wú)功控制指令，并發(fā)送到各逆變器。

3)子站為一體化集成設(shè)備，在同一套軟硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電站內(nèi)的有功和無(wú)功的自動(dòng)控制功能;AGC與AVC控制功能應(yīng)在邏輯上各自獨(dú)立，可以分別投入或退出。

4)預(yù)制控制艙控制對(duì)象主要包括:逆變器、SVG裝置運(yùn)行狀態(tài)。

5)光伏發(fā)電站AGC控制功能以開(kāi)關(guān)站送出線路總有功功率為控制目標(biāo)，子站可以接收調(diào)度主站實(shí)時(shí)下發(fā)的總有功功率設(shè)定值，并應(yīng)考慮光伏發(fā)電站內(nèi)各逆變器有功出力的均衡合理。

6)光伏發(fā)電站AVC控制功能以開(kāi)關(guān)站35 kV側(cè)母線電壓為控制目標(biāo)，子站可以接收調(diào)度主站實(shí)時(shí)下發(fā)的高壓側(cè)母線電壓設(shè)定值;子站同時(shí)兼顧逆變器輸出電壓在正常范圍內(nèi)的控制目標(biāo)，并應(yīng)考慮光伏發(fā)電站內(nèi)各種控制對(duì)象無(wú)功出力的均衡合理。

3 AGC/AVC硬件配置

1)子站的硬件遵循標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放性的原則配置，子站應(yīng)包括計(jì)算控制設(shè)備、歷史存儲(chǔ)設(shè)備、串口接入設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和人機(jī)工作站等設(shè)備，除人機(jī)工作站外，其他設(shè)備均集中組屏。

2)計(jì)算控制設(shè)備采用成熟可靠的服務(wù)器或工業(yè)嵌入計(jì)算機(jī)，采用雙機(jī)冗余配置，主機(jī)故障時(shí)自動(dòng)切換到備機(jī)。

3)子站配置千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，用于連接子站設(shè)備，并完成與其他站內(nèi)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，以及子站與調(diào)度主站的數(shù)據(jù)通信。

4)串口接入設(shè)備用于與SVC/SVG裝置進(jìn)行通信，可以接入的串口類型應(yīng)包括232/422/485，串口通信波特率等參數(shù)可設(shè)置。

5)人機(jī)工作站主要用于光伏發(fā)電站控制子站的運(yùn)行監(jiān)視和日常維護(hù)。

6)配置了歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備，可以配置獨(dú)立的歷史存儲(chǔ)設(shè)備，也可以在計(jì)算控制設(shè)備或人機(jī)工作站上存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)。

7)配置的硬件設(shè)備滿足電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)要求及對(duì)全站進(jìn)行自動(dòng)控制的容量和性能要求。

4 控制對(duì)象和通信接口

4.1逆變器

4.1.1控制模式

子站對(duì)逆變器的有功/無(wú)功控制支持以下2種方式:

1)控制單臺(tái)逆變器的無(wú)功:控制方式包括設(shè)定逆變器無(wú)功的出力值或功率因數(shù)。

2)控制成組逆變器的無(wú)功:控制方式為設(shè)定成組逆變器的總有功、總無(wú)功出力值。

4.1.2通信接口

光伏發(fā)電站子站與2套逆變器監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信。通信數(shù)據(jù)內(nèi)容如下:

1)子站下發(fā)設(shè)定值。

a.單臺(tái)逆變器無(wú)功值(功率因數(shù))遙調(diào)單機(jī)控制模式。

b.單臺(tái)逆變器有功值。

c.成組逆變器有功值成組控制模式。

d.成組逆變器無(wú)功值。

e.遙控單臺(tái)逆變器啟?？刂?開(kāi)機(jī)、0停機(jī)。

2)子站接收數(shù)據(jù)。

a.各逆變器輸出端電壓，三相電壓。

b.遙測(cè)各逆變器有功。

c.各逆變器無(wú)功。

d.各逆變器并網(wǎng)狀態(tài)：1并網(wǎng)、0脫網(wǎng)，遙信2各逆變器閉鎖狀態(tài)：1閉鎖、0正常。

4.2SVG裝置

4.2.1控制模式

子站向SVG等動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)充裝置同時(shí)下發(fā)電壓上、下限值和無(wú)功指令值，SVG裝置應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)功和電壓的協(xié)調(diào)控制，控制模式如下:

1)當(dāng)采集母線的實(shí)時(shí)電壓在下發(fā)的電壓上下限范圍之內(nèi)時(shí)，SVG裝置按照接收的無(wú)功指令進(jìn)行無(wú)功出力調(diào)節(jié);

2)當(dāng)采集母線的實(shí)時(shí)電壓在下發(fā)的電壓上下限范圍之外時(shí)，SVG裝置自主調(diào)節(jié)設(shè)備無(wú)功出力，把電壓控制在上下限值范圍內(nèi)。

4.2.2通信接口

子站與SVG裝置通信數(shù)據(jù)內(nèi)容如下:

1)子站下發(fā)數(shù)據(jù)。

a.電壓上限值。

b.遙調(diào)電壓下限值。

c.無(wú)功設(shè)定值。

2)子站接收數(shù)據(jù)。

a.遙信SVG投運(yùn)信息：0未投運(yùn)，1投運(yùn)。

b.SVG閉鎖信息：0未閉鎖，1閉鎖。

4.3調(diào)度子站

1)子站與調(diào)度主站通信的數(shù)據(jù)通過(guò)升壓站監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，通信數(shù)據(jù)內(nèi)容如下。子站上送數(shù)據(jù)。

a.全站實(shí)時(shí)可增無(wú)功；

b.全站實(shí)時(shí)可減無(wú)功；

c.全站實(shí)時(shí)可增有功；

d.全站實(shí)時(shí)可減有功。

2)當(dāng)調(diào)度主站需要時(shí)，子站從逆變器監(jiān)控系統(tǒng)、SVG裝置所采集的數(shù)據(jù)，可以實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)到調(diào)度主站。

5 軟件功能

1)全站監(jiān)視：提供直觀的圖形化方法，對(duì)光伏發(fā)電站內(nèi)包括各光伏區(qū)逆變器、箱變、集電線的全部電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視。

2)運(yùn)行監(jiān)視：監(jiān)視子站系統(tǒng)的母線電壓、有功功率、無(wú)功功率、開(kāi)關(guān)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)視子站與其他系統(tǒng)、調(diào)度主站的通信狀態(tài)。

3)設(shè)置功能:軟件界面支持運(yùn)維人員輸入送出線路總有功目標(biāo)值、送出線路總有功計(jì)劃曲線。

4)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：存儲(chǔ)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)并形成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，用于繪制趨勢(shì)曲線和形成報(bào)表，歷史數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)一年。

5)就地/自動(dòng)控制:可以自動(dòng)切換或人工切換為主站遠(yuǎn)方自動(dòng)控制。

6)報(bào)警處理:子站系統(tǒng)運(yùn)行異?；蚬收蠒r(shí)能自動(dòng)報(bào)警，停止指令下發(fā)，并存入事件記錄。

7)權(quán)限管理:所有操作帶權(quán)限管理功能，操作前進(jìn)行權(quán)限校驗(yàn)，操作信息存入事件記錄，保證操作安全。

6 安全閉鎖

光伏發(fā)電設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警并閉鎖自動(dòng)控制。

1)逆變器上送閉鎖信號(hào)或脫網(wǎng)信號(hào)，閉鎖該逆變器的AGC控制。

2)逆變器所連接集電線停運(yùn)，閉鎖該逆變器的AVC/AGC控制。

3)送出線路有功量測(cè)值異常，閉鎖全站AGC。

4)送出線路有功量測(cè)值波動(dòng)過(guò)大，閉鎖全站AGC。

5)35 kV側(cè)母線電壓量測(cè)值異常，閉鎖全站AVC。

7 效果評(píng)價(jià)

湖南省提出了采用經(jīng)濟(jì)壓差進(jìn)行全局無(wú)功優(yōu)化的思想，即以每條線路的電壓降落縱分量最小為目標(biāo)求解最優(yōu)潮流(OPF電網(wǎng)電壓、有功功率、無(wú)功功率的分部)，計(jì)算出各發(fā)電站注進(jìn)系統(tǒng)的無(wú)功功率。該系統(tǒng)自2017年6月29日投入運(yùn)行，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)無(wú)功電壓情況，進(jìn)行在線優(yōu)化計(jì)算，分層調(diào)節(jié)控制電網(wǎng)無(wú)功電源，滿足輸出電網(wǎng)安全電壓約束條件下的優(yōu)化無(wú)功潮流運(yùn)行，平均功率因數(shù)控制在0.98，達(dá)到網(wǎng)損最?。惶岣吡?5 kV母線電壓質(zhì)量，電壓穩(wěn)定合格率99.99%。自動(dòng)化運(yùn)行降低了光伏電站運(yùn)維成本。

HunanYongzhou19.8MWdistributedphotovoltaicpowerstationAGC/AVCcontrolandapplication

LiuHaiGaoChunyu

(DachengEngineeringCo.Ltd.ofTaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030000,China)

This paper introduces the power control system of PV power station AGC(Automatic Generation Control)/AVC(Automatic Voltage Control) of the component and the function of each part, through the analysis of experimental data of grid connected photovoltaic power station, switching power and high voltage transmission network for the system described PV power generation system with grid connected to the voltage quality influence that is of great significance to understand the control principle and application of AGC/AVC. The application of this system in Hunan Yongzhou 19.8 MW distributed photovoltaic power station, and achieved good results.

photovoltaio power plant, inverter, box transformer, automatic generation control, automatic voltage control, power flow

1009-6825(2017)30-0122-03

2017-08-12

劉 海(1966- )，男，工程師； 高春玉(1961- )，男，工程師

TU852

A