簡述光伏電站分層分布式自動功率控制技術

范月圓

（江蘇航空職業(yè)技術學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134)

簡述光伏電站分層分布式自動功率控制技術

范月圓

（江蘇航空職業(yè)技術學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212134)

光伏發(fā)電作為一種清潔可再生的發(fā)電形式，在可持續(xù)發(fā)展理念持續(xù)深化背景下得到了前所未有的發(fā)展，而伴隨著光伏電站數(shù)量的持續(xù)增加，其在并網(wǎng)過程中對電網(wǎng)的影響也受到越來越多的關注。文章提出了一種光伏電站分層分布式自動功率控制策略，通過光伏方陣AGC與廠站AGC系統(tǒng)的協(xié)作配合來提升控制效果。經(jīng)仿真分析，分層分布式自動功率控制技術可以有效解決當前光伏電站并網(wǎng)中存在的問題，保證配網(wǎng)運行的穩(wěn)定和安全。

光伏電站；分層分布式；自動功率控制

2011年，國家電網(wǎng)公司頒布了《光伏電站接入電網(wǎng)技術規(guī)定》，要求在光伏電站配置有功功率控制系統(tǒng)（AGC系統(tǒng)）?，F(xiàn)階段，光伏電站AGC控制主要是通過廠站AGC直接針對光伏逆變器實現(xiàn)，對于包含組串式逆變器光伏陣列的大型光伏電站并不能起到預期的控制效果。針對這個問題，可以在相應光伏的網(wǎng)站構建三層分布式AGC系統(tǒng)架構，在組串式光伏自方陣中增加AGC中間層，來對問題進行解決。

1 AGC分層分布式結構

在傳統(tǒng)光伏電站AGC系統(tǒng)中，存在著控制指令的收發(fā)延時，如果將之應用到組串式光伏陣列中，容易出現(xiàn)控制容量和通信阻塞等問題，對此，在AGC系統(tǒng)中間層增加了一個方陣AGC，形成了分層分布式結構，如圖1所示。

圖1 AGC分層分布式結構

在這樣的結構中，廠站AGC系統(tǒng)只需要對中間層代表各個方陣內(nèi)逆變器的AGC進行功率控制計算和控制指令下發(fā)，方陣內(nèi)的組串式逆變器局部AGC控制計算可以通過方陣AGC獨立完成。一般情況下，單個組串式方陣峰值功率約為1-2MW，假定方陣樹木為N每一個方陣中存在M個組串式逆變器，則在分層分布式AGC架構中，功率控制計算相當于將原本一臺廠站計算機增加到了N+1臺，通過并行控制計算來保證計算的效率，控制計算容量以及遙信遙控指令數(shù)的容量直接削減到原本的1/M，因此具備非常顯著的效果。

2 方陣AGC功率分配控制策略

在廠站AGC與方陣AGC之間，存在非常明確的上下級關系，通過彼此配合來實現(xiàn)AGC發(fā)電功率目標，在實際運行中，想要確保其各自功能的發(fā)揮，必須設置合理的分工配合策略。一般情況下，會在升壓站內(nèi)設置廠站AGC系統(tǒng)，在光伏方陣中設置方陣AGC。從數(shù)據(jù)邏輯環(huán)境區(qū)分，廠站AGC系統(tǒng)具備高精度電能計量功率數(shù)據(jù)支撐，同時具備氣象、光伏功率預測數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)等支持，而方陣AGC則沒有數(shù)據(jù)支持，使得相關數(shù)據(jù)的準確率偏低，無法作為計算依據(jù)。對此，要求技術人員設計科學的上下級配合策略，一方面，在廠站AGC中，完成對功率誤差、功率損耗等復雜情況的分析處理，減輕其對于AGC計算可能造成的負面影響；另一方面，方陣AGC僅需要針對本方陣中的逆變器進行計算控制。考慮到逆變器重啟所需時間較長，一般情況下為了保證AGC系統(tǒng)功率的快速跟蹤調(diào)節(jié)，不會對逆變器進行直接關停，而是依照平均比例，對逆變器功率進行縮減或者提升，以滿足AGC功率目標變化要求，這種控制策略被稱為平均分配策略。而對于一些特殊情況，要求嚴格限制功率，則可以采用允許逆變器開啟或者關停的算法，即自由控制策略。

2.1 平均分配策略

公式中，Piset表示平均分配策略下，每一臺參與調(diào)節(jié)的逆變器分配到的有功功率，Pimax表示第i臺逆變器在當前工況下的最大發(fā)電功率。考慮到在沒有特殊要求的情況下，同一個方陣中很少出現(xiàn)兩種不同類型的逆變器，因此可以認為在光照條件相同的同一時刻，所有逆變器最大發(fā)電功率相同，從而將上述公式簡化為：

在平均分配策略下，方陣AGC只需要發(fā)送功率調(diào)控指令即可。

2.2 自由控制策略

分層分布式AGC模式下，方陣AGC可以依照目標功率以及逆變器狀態(tài)實現(xiàn)自由啟停的遠程操作。在實際應用中，包括了開啟策略和關停策略兩個方面的內(nèi)容。

（1）開啟策略：在子方陣AGC接收到發(fā)動功率目標上升指令后，假定k時刻廠站AGC下發(fā)功率目標Pf（k），k-1時刻下發(fā)功率目標Pf（k-1），則必須同時滿足

公式中，Topn表示備用逆變器容量開啟百分比高限值門檻內(nèi)部定值，取值范圍在70～80之間，Tmgn表示開啟功率裕度比例。在同時滿足前三個公式的情況下，需要對沒有參與AGC調(diào)節(jié)的逆變器列表進行查閱，看是否存在備用逆變器，如果存在，則依照Tmgn取值的140%，開啟j臺逆變器，可以根據(jù)備用停機時間，依照由長到短的原則依次開啟。考慮逆變器啟動所需時間較長，為了實現(xiàn)對廠站AGC功率調(diào)度指令的快速供應，在計算出相應數(shù)值后，需要立即發(fā)送到處于運行發(fā)電狀態(tài)的逆變器，并通過遠程控制對計算得到的備用逆變器進行開啟。

（2）關停策略：為保證功率平穩(wěn)過度，減少遙控指令重復下發(fā)，在逆變器關停策略設計中，需要關注的內(nèi)容較多。這里假定k時刻廠站AGC向子方陣下發(fā)功率目標P（k），k-1時刻下發(fā)功率目標 Pf（k-1），則必須同時滿足

在上述公式中，ΔPmin表示開啟AGC調(diào)節(jié)最小功率波動死區(qū)值，Pirate表示逆變器額定功率，Tcls表示逆變器關停策略功率比例下限值，取值范圍10～20，Tspl-cls表示逆變器關停策略功率相遇于自由發(fā)電比例的下限值，取值范圍30～40。如果限功率嚴重，則可以通過同時關多臺逆變器的方式來實現(xiàn)對功率變化差的有效調(diào)控。

針對上述兩種典型分配策略，從電磁干擾以及低通信波特率串口通信等方面分析，方陣AGC下發(fā)的遙控指令想要得到全部逆變器的可靠執(zhí)行似乎存在較大難度，為了更好地實現(xiàn)功率控制，可以在廠站AGC和方陣AGC中加入多輪次微調(diào)控制，做好對誤差和干擾的有效抑制和調(diào)節(jié)。

3 應用分析

以某60MW光伏電站為例，對分層分布式自動功率控制技術的應用情況進行分析。在該電站中，設置有若干子方陣，每一個方陣中安裝有27臺SG40KTL組串式逆變器，額定發(fā)電功率和最大發(fā)電功率分別為36kW和40kW。結合一體化裝置所具備的通信管理功能，可以對所有逆變器的運行信息進行匯總整理，然后經(jīng)光纖環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)綇S站AGC系統(tǒng)。結合方陣AGC虛裝置，廠站AGC可以直接實現(xiàn)AGC控制計算，不需要與27臺逆變器一一通信。

在不同目標功率下，分析方陣AGC實測功率值及誤差情況，結果表明，在采用平均控制策略時，方陣實際發(fā)出功率能夠滿足廠站AGC系統(tǒng)要求，誤差被控制在0.2%以內(nèi)，功率逼近效果良好?？紤]非正常工況對方陣AGC的影響，進行現(xiàn)場逆變器故障停機與恢復仿真測試，測試結果如圖2所示。

圖2 逆變器故障與恢復工況下方陣AGC功率響應仿真測試

結合測試結果分析，模擬兩臺逆變器故障，退出運行，方陣AGC很快檢測到方陣功率突然下降，對其他逆變器發(fā)出上調(diào)有功功率的指令，受串口通信延時和組串式逆變器響應時間影響，在前6～7s并沒有出現(xiàn)有功功率的變化，7s后有功功率開始逐漸提高，經(jīng)過40s重新逼近目標值。之后，模擬兩臺自然滿發(fā)逆變器通信故障以及故障恢復，與上述故障類似，45s后仿真有功功率逼近目標值。

以電站8號方陣AGC全天實測功率曲線圖為例（如圖3所示），對方陣總功率計算上限值進行分析?？梢钥闯?，中間時段仿真目標功率值小于最大發(fā)電能力，此時方陣AGC能夠?qū)崿F(xiàn)對逆變器功率的準確控制，確保其逼近目標值；而在早上與晚上不限功率的情況下，AGC系統(tǒng)可以使仿真達到最大發(fā)電，實發(fā)功率接近理論最大值。由此可以得出結論，文章提出的分層分布式AGC控制技術能夠達到預期效果。

圖3 8號方陣AGC功率曲線

4 結語

總而言之，在光伏發(fā)電中，由于發(fā)展時間尚短，存在許多問題，影響了其功效的充分發(fā)揮。對此，技術人員應該重視起來，加快對于相關技術的研究，對問題進行解決。針對當前普遍存在的含組串式逆變器大型光伏電站廠站AGC系統(tǒng)存在的計算容量瓶頸等問題，提出了一種分層分布式自動功率控制技術，經(jīng)仿真測試和現(xiàn)場應用，相關技術具備良好的可靠性和實踐效果，值得進行推廣。

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范月圓（1981-），女，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士，講師，主要研究方向：控制工程及電子技術研究。