魏世貴，劉 雙

(南瑞集團(tuán)南京中德保護(hù)控制系統(tǒng)有限公司，江蘇南京210061)

太陽能資源本身具有隨機(jī)性、間歇性、周期性以及波動性的特點(diǎn)，以太陽能為能源的光伏電站的出力同樣具有以上特點(diǎn)，隨著光伏發(fā)電在電源中的比例不斷增大，當(dāng)大容量光伏發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時會對系統(tǒng)斷面交換功率的控制以及對短期負(fù)荷尤其是日發(fā)電計劃的合理制定等帶來較大困難，同時光伏電源的并網(wǎng)對配網(wǎng)和高壓輸電網(wǎng)的電壓質(zhì)量均有一定影響。我國太陽能光伏發(fā)電呈現(xiàn)出“大規(guī)模集中開發(fā)、中高壓接入”與“分散開發(fā)、低電壓就地接入”并舉的發(fā)展特征[1]，當(dāng)光伏發(fā)電在電網(wǎng)電源中的比例達(dá)到一定規(guī)模時，必須對光伏電站進(jìn)行科學(xué)合理的調(diào)度運(yùn)行控制。國家電網(wǎng)公司于2011年5月發(fā)布的《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[2]中規(guī)定：“大中型光伏電站應(yīng)配置有功功率控制系統(tǒng)，具備有功功率調(diào)節(jié)能力。能夠接收并自動執(zhí)行調(diào)度部門發(fā)送的有功功率及有功功率變化的控制指令，確保有功功率及有功功率變化按照電力調(diào)度部門的要求運(yùn)行。大中型光伏電站應(yīng)配置無功電壓控制系統(tǒng)，具備無功功率及電壓控制能力。根據(jù)電力調(diào)度部門的指令，光伏電站自動調(diào)節(jié)其發(fā)出（吸收）的無功功率，控制光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)電壓在正常運(yùn)行范圍內(nèi)”。

1 AGC/AVC功能

自動發(fā)電控制（AGC）是并網(wǎng)發(fā)電廠發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)度下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時調(diào)整發(fā)電出力，以滿足電力系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制要求。光伏電站中AGC接收來自調(diào)度或電站內(nèi)的負(fù)荷需要并按照一定的調(diào)整策略分配給電站內(nèi)的逆變器，實(shí)現(xiàn)整個光伏電站有功優(yōu)化分配和調(diào)節(jié)，維持電站聯(lián)絡(luò)線的輸送功率以及交換電能量保持或接近規(guī)定值。

自動電壓控制（AVC）光伏電站中，AVC可接收來自調(diào)度的母線電壓和總無功的負(fù)荷設(shè)定以及電站內(nèi)的母線電壓和無功的設(shè)定，通過一定策略調(diào)節(jié)并網(wǎng)逆變器無功功率、無功補(bǔ)償設(shè)備（SVG/SVC）的投入量或變電站升壓變壓器的變比進(jìn)行電站的無功及電壓調(diào)節(jié)使并網(wǎng)點(diǎn)電壓在正常運(yùn)行范圍內(nèi)。現(xiàn)階段電站主要按無人或少人值班設(shè)計，因此AGC/AVC功能的設(shè)置，除需考慮到提高電網(wǎng)運(yùn)行的質(zhì)量還需適應(yīng)電站無人值班或少人值守運(yùn)行模式的要求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光伏電站功率控制系統(tǒng)由AGC/AVC控制器和操作員站組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。AGC/AVC控制器是功率控制系統(tǒng)的核心設(shè)備，完成和站內(nèi)逆變器、SVG/SVC設(shè)備以及遠(yuǎn)動機(jī)的通信和數(shù)據(jù)采集，并實(shí)現(xiàn)AGC/AVC功能。操作員站以圖形界面的方式直觀對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，不僅可以顯示AGC/AVC控制器的調(diào)節(jié)狀態(tài)（功能投入、運(yùn)行狀態(tài)、超出調(diào)節(jié)能力等），還可以實(shí)時顯示站內(nèi)逆變器、SVG/SVC的實(shí)時信息及告警信息，以及通過操作員站對功率控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定，使之按要求的方式運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

AGC/AVC控制器和遠(yuǎn)動機(jī)A、B（雙機(jī)配置）接在同一以太網(wǎng)上，通過遠(yuǎn)動機(jī)向調(diào)度主站上送光伏電站AGC/AVC狀態(tài)等實(shí)時信息；同時通過遠(yuǎn)動機(jī)接收調(diào)度主站的有功、無功控制和調(diào)節(jié)指令（如調(diào)度中心有獨(dú)立通道分配給AGC/AVC控制系統(tǒng)則不需要通過遠(yuǎn)動機(jī)傳送信息），最終實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的可監(jiān)測、可控制，達(dá)到電力系統(tǒng)并網(wǎng)技術(shù)要求。

3 控制模式

AGC/AVC控制系統(tǒng)可工作于遠(yuǎn)方模式 （即接收來自調(diào)度中心的總有功和總無功的負(fù)荷設(shè)定）和就地模式 （通過電站內(nèi)的操作員站進(jìn)行總有功和無功設(shè)定），兩者可通過站內(nèi)切換開關(guān)進(jìn)行控制權(quán)的切換。當(dāng)功率控制系統(tǒng)與調(diào)度主站出現(xiàn)暫時性通信中斷時，功率控制系統(tǒng)將自動切換至本地方式運(yùn)行，根據(jù)調(diào)度預(yù)先設(shè)定的發(fā)電計劃曲線、母線電壓曲線進(jìn)行調(diào)整。AGC/AVC控制系統(tǒng)也可設(shè)定為在指導(dǎo)方式或自動方式下執(zhí)行負(fù)荷的分配。指導(dǎo)方式為接收總有功和無功負(fù)荷設(shè)定，給出開、停機(jī)和負(fù)荷分配的建議，由運(yùn)行人員根據(jù)實(shí)際情況決定是否執(zhí)行；自動方式則完全按既定分配策略自動開、停機(jī)和負(fù)荷分配，不需運(yùn)行人員干預(yù)。

AGC有功負(fù)荷設(shè)定有2種方式：總有功方式和日負(fù)荷曲線方式。總有功方式可接收調(diào)度的設(shè)定和電站運(yùn)行人員的設(shè)定（根據(jù)控制權(quán)），直接以數(shù)值方式設(shè)定全站總有功；日負(fù)荷曲線方式為調(diào)度預(yù)先給出下一個24 h的負(fù)荷曲線 （實(shí)際為每5 min對負(fù)荷進(jìn)行1次設(shè)定，一天共288個點(diǎn)），負(fù)荷曲線存儲在AGC/AVC控制器數(shù)據(jù)庫中，AGC從中讀取數(shù)據(jù)以決定某一時刻負(fù)荷的大小。

AVC有2種控制模式：無功設(shè)定值控制模式和電壓控制模式。無功設(shè)定方式接收來自調(diào)度和電站的無功設(shè)定，電壓控制方式則根據(jù)設(shè)定的母線電壓范圍，折算為無功負(fù)荷后在成組控制的逆變器間、以及無功補(bǔ)償裝置間進(jìn)行分配。在電壓控制模式下，母線電壓的設(shè)定值不僅可以接收調(diào)度的設(shè)定和電站運(yùn)行人員設(shè)定，也可選擇投入電壓曲線模式，按照調(diào)度曲線中的電壓設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了防止頻繁開、停機(jī)，系統(tǒng)設(shè)置了開、停機(jī)死區(qū)值，只有當(dāng)總有功給定值大于當(dāng)前逆變器可發(fā)最大容量，且差值大于開、停機(jī)死區(qū)，才會開機(jī)；當(dāng)總有功給定值小于當(dāng)前停掉一臺逆變器的可發(fā)最大容量，且差值大于開、停機(jī)死區(qū)，才會停機(jī)。

4 控制策略

4.1 有功負(fù)荷分配策略

光伏電站功率控制系統(tǒng)有功負(fù)荷控制流程圖如圖2所示。

圖2 有功負(fù)荷控制流程圖

有功負(fù)荷分配策略為：電站根據(jù)調(diào)度要求將各臺逆變器分別設(shè)置為單獨(dú)運(yùn)行逆變器或成組控制逆變器，接收來自調(diào)度的總有功，在運(yùn)行的各臺逆變器間進(jìn)行負(fù)荷分配。分配方式為總有功減去單獨(dú)運(yùn)行逆變器所帶功率，即在各成組控制逆變器間進(jìn)行分配的總有功，可表示為：

式（1）中：PAGC為成組控制逆變器有功；PSET為全站總有功為單獨(dú)運(yùn)行逆變器有功之和。

有功負(fù)荷在成組控制逆變器間采用與容量成比例的分配策略。分配到每臺逆變器的有功負(fù)荷按下面的公式進(jìn)行計算：

式（2）中：n為逆變器臺數(shù)；Pimax為第i臺逆變器在當(dāng)前光照條件下最大出力；為所有逆變器在當(dāng)前光

照條件下最大出力之和；Piest為分配到第i臺逆變器的有功功率。

4.2 無功負(fù)荷分配策略

光伏電站功率控制系統(tǒng)無功電壓控制流程圖如圖3所示。

具體分配策略如下：電壓控制方式時，根據(jù)母線電壓目標(biāo)值，母線無功設(shè)定值計算公式為：

式（3）中：QSET為母線無功設(shè)定值；Utarget為母線電壓目標(biāo)值；Qmea為母線無功實(shí)測值；Umea為母線電壓實(shí)測值；X為系統(tǒng)阻抗。

圖3 無功電壓控制流程圖

在系統(tǒng)第一次運(yùn)行時，系統(tǒng)阻抗可以通過外部輸入來獲取設(shè)定值；當(dāng)設(shè)定值超出系統(tǒng)規(guī)定的限值時，系統(tǒng)自動選取系統(tǒng)阻抗上限，作為計算的阻抗值；當(dāng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)一定次數(shù)后，系統(tǒng)根據(jù)獲取的系統(tǒng)信息和數(shù)據(jù)，可以通過自學(xué)習(xí)的方法預(yù)測出參與下次運(yùn)算的系統(tǒng)阻抗值。AVC在各成組控制逆變器間、以及無功補(bǔ)償裝置間進(jìn)行分配的總無功，可表示為：

式（4）中：QAVC為成組控制逆變器、無功補(bǔ)償裝置無功；為單獨(dú)運(yùn)行逆變器、無功補(bǔ)償裝置無功之和。

AVC以優(yōu)先調(diào)節(jié)逆變器，其次調(diào)節(jié)無功補(bǔ)償裝置的原則調(diào)節(jié)站內(nèi)無功資源。

無功負(fù)荷分配在并網(wǎng)逆變器間、以及無功補(bǔ)償裝置間采用相似調(diào)整裕度的策略。當(dāng)無功設(shè)定值增加時，調(diào)節(jié)無功功率的大小根據(jù)各控制逆變器 （無功補(bǔ)償裝置）的無功裕度大小進(jìn)行分配。各個參與控制的逆變器（無功補(bǔ)償裝置）分配的無功大小為：

當(dāng)無功設(shè)定值減少時，調(diào)節(jié)無功功率的大小根據(jù)各控制逆變器（無功補(bǔ)償裝置）的無功裕度大小進(jìn)行分配。各個參與控制的逆變器（無功補(bǔ)償裝置）分配的無功大小為：

式（5，6）中：n 為逆變器（無功補(bǔ)償裝置）臺數(shù)；Qimax，Qimin，Qi分別為第i臺逆變器（無功補(bǔ)償裝置）的無功上限、無功下限、實(shí)發(fā)無功；Qiset為分配到第i臺逆變器（無功補(bǔ)償裝置）的無功功率。

如果某個控制逆變器（無功補(bǔ)償裝置）發(fā)出或吸收的無功已經(jīng)達(dá)到上限、下限，計算時則排除無功越限的控制逆變器（無功補(bǔ)償裝置）[3]。運(yùn)用以上策略對逆變器及SVG/SVC進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制后的實(shí)際有功負(fù)荷控制曲線和電壓控制曲線如圖4、圖5所示。

圖4 有功曲線

圖5 電壓曲線

5 結(jié)束語

通過對光伏電站內(nèi)逆變器及無功補(bǔ)償設(shè)備（SVG/SVC）按照既定的策略進(jìn)行自動調(diào)節(jié)與控制可以較好地跟蹤調(diào)度調(diào)節(jié)指令，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的調(diào)節(jié)精度，能較好地解決光伏電站控制有功出力及無功調(diào)節(jié)能力普遍不足的問題。該AGC/AVC功率控制系統(tǒng)在寧夏多個光伏電站的成功應(yīng)用，對保證中大型光伏電站并網(wǎng)后電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起到了積極作用。

[1]黃 華，陳建華.光伏并網(wǎng)運(yùn)行無功控制技術(shù)報告[R].國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，2011.

[2]Q/GDW 617—2011，光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定[S].

[3]施佳鋒，沈 燕，耿 多，等.含光伏發(fā)電的電網(wǎng)無功電壓協(xié)調(diào)控制技術(shù)[J].寧夏電力，2012（5）：1-4，44.