光伏發(fā)電有功自動控制方式及策略

1、光伏發(fā)電有功自動控制方式及策略 大規(guī)模光伏發(fā)電集中并網(wǎng)后，光伏的波動性和正調(diào)峰特性對電網(wǎng)運行產(chǎn)生了嚴重的影響，光伏不同于常規(guī)能源的調(diào)頻、調(diào)壓、備用特性1。光伏的波動性、間歇性和正調(diào)峰特性所帶來的有功波動和不平衡量的調(diào)節(jié)，需要由系統(tǒng)中的常規(guī)能源機組承擔。大規(guī)模光伏功率波動，需要大容量的系統(tǒng)有功備用來平抑，這既不利于電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性，同時又產(chǎn)生了光伏發(fā)電集中接入后所帶來的潮流大范圍輸送、諧波、電壓波動和閃變問題，也嚴重影響了電網(wǎng)運行的安全和穩(wěn)定2。從光伏發(fā)電并網(wǎng)后電網(wǎng)有功調(diào)度和控制角度來看，對光伏組件逆變器控制進行有功調(diào)節(jié)有較強的操作性。根據(jù)系統(tǒng)調(diào)頻的要求進行適當?shù)赜泄溆梅峙?，光伏發(fā)電參與系統(tǒng)的

2、調(diào)頻會降低波動對系統(tǒng)頻率的影響，減少系統(tǒng)中常規(guī)能源機組對光伏發(fā)電出力波動執(zhí)行有功補償量3，降低系統(tǒng)運行成本，從而更好地控制光伏發(fā)電并網(wǎng)成本，減小電網(wǎng)平衡壓力，在保證電網(wǎng)安全運行的前提下最大化消納光伏發(fā)電。 1控制模式及策略分析 1.1控制模式 根據(jù)光伏發(fā)電的特征，光伏發(fā)電有功控制只能采用2層控制模式，即調(diào)度端將控制指令下發(fā)至光伏發(fā)電站端控制系統(tǒng)，光伏發(fā)電站端控制系統(tǒng)通過啟停逆變器和調(diào)節(jié)逆變器出力的方式響應(yīng)跟蹤控制指令，控制模式如圖1所示。 1.2控制策略 以最大化消納光伏發(fā)電為原則，常規(guī)能源調(diào)節(jié)容量不足時，調(diào)用光伏發(fā)電資源參與電網(wǎng)有功調(diào)節(jié)，為適應(yīng)光伏發(fā)電發(fā)展不同階段的調(diào)節(jié)需求，考慮了多種有功控

3、制策略4，如圖2所示。 1.2.1最大功率 控制曲線中相關(guān)時刻點的功率值為該光伏發(fā)電站的額定容量，確保光伏發(fā)電站出力保持最大出力跟蹤，不采取限出力措施。 1.2.2限制功率 調(diào)度端可在指定限制控制的同時，指定限制功率數(shù)值?？刂魄€中相關(guān)時刻點的功率值為人工設(shè)置的限值。光伏發(fā)電站出力控制在設(shè)定限值以下。限值功率從切換時刻起，對以后的計劃值點修改為指定限值。當出現(xiàn)策略切換或計劃值無效時，切換到給定模式或取消控制，并改寫對應(yīng)的下點計劃值，觸發(fā)式下發(fā)更新后計劃值。限制功率控制過程如圖3所示。 1.2.3按時段限制 調(diào)度端下發(fā)指定時段修改后的計劃曲線，光伏發(fā)電站跟蹤執(zhí)行。相當于設(shè)置計劃模式的同時，將指定

4、時段的計劃曲線修改為指定數(shù)值。同時也是對限制功率控制模式的擴展，將指定時段起點時間和終止時間的計劃值修改為指定值，時段結(jié)束后自動以一定斜率跟蹤到原始計劃，按時段限制控制過程如圖4所示。 1.2.4按日前計劃增減 調(diào)度端可在日前計劃基礎(chǔ)上指定日前計劃調(diào)整偏移量。相當于在原計劃曲線的基礎(chǔ)上，增量調(diào)整指定時段的計劃數(shù)值?？梢曌飨拗瓶刂颇Ｊ降难由?，光伏發(fā)電出力始終保持與最大可調(diào)出力固定偏差（限額）。按日前計劃增減模式的優(yōu)點是在實時發(fā)電計劃制定中，對光伏留有部分有功備用，使光伏資源具有上調(diào)和下調(diào)出力的能力。按日前計劃增減控制過程如圖5所示。 1.2.5計劃跟蹤 調(diào)度端下發(fā)計劃曲線，光伏發(fā)電站跟蹤執(zhí)行?？?/p>

5、制曲線中相關(guān)時刻點的功率值為光伏發(fā)電計劃值，同時支持人工調(diào)整計劃，調(diào)整后的計劃曲線將按周期下發(fā)。在發(fā)電計劃曲線滿足實際運行需求的情況下，這種調(diào)節(jié)方式在實際運行中最為常用，也是最符合電網(wǎng)調(diào)度需求的一種控制策略。調(diào)度端根據(jù)發(fā)電計劃曲線選定控制策略，無需再進行任何操作，控制方式方便、實用。 2電網(wǎng)區(qū)域控制偏差的實時調(diào)度協(xié)調(diào) 大規(guī)模光伏發(fā)電并網(wǎng)后，為平滑光伏發(fā)電功率的波動，需要對發(fā)電計劃進行實時調(diào)整。常規(guī)機組在執(zhí)行發(fā)電計劃時，由于機組爬坡率限制，實時調(diào)度中不足以跟蹤因光伏發(fā)電功率波動、大功率支援造成的聯(lián)絡(luò)線偏差，系統(tǒng)頻率問題仍需要系統(tǒng)中的常規(guī)機組執(zhí)行自動發(fā)電控制（automaticgeneration

6、control，agc）2。電網(wǎng)實際運行工況不同于計劃情況，在電網(wǎng)頻率恢復(fù)過程中，存在實時調(diào)度與agc指令調(diào)節(jié)方向相反的可能性，在光伏發(fā)電計劃與實際發(fā)電偏差較大情況下，這種可能性出現(xiàn)概率和次數(shù)會明顯增加，影響電網(wǎng)調(diào)頻效果，同時增加了電網(wǎng)調(diào)頻難度。agc承擔了較大的調(diào)節(jié)壓力，為保證agc機組足夠的可調(diào)容量，在有功不平衡量調(diào)整結(jié)束后，實時調(diào)度逐步調(diào)整出力以恢復(fù)agc機組最優(yōu)調(diào)節(jié)容量。因此實時調(diào)度與agc之間的協(xié)調(diào)，主要包括兩個方面：一是電網(wǎng)出現(xiàn)大幅度有功擾動、頻率恢復(fù)過程中，發(fā)生實時調(diào)度和agc指令反調(diào)的協(xié)調(diào)控制；另一個方面是agc調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，實時調(diào)度與agc互濟協(xié)調(diào)，使agc可調(diào)容量恢復(fù)3。

7、基于上述分析，實時調(diào)度發(fā)電計劃與agc之間反調(diào)原因主要來自于發(fā)電計劃與實際出力的偏差及agc調(diào)節(jié)能力的不足，要解決實際有功調(diào)度控制中反向調(diào)節(jié)帶來的資源浪費，減少光伏發(fā)電功率波動對電網(wǎng)的影響，一方面需要提高光伏發(fā)電計劃的制定水平；另一方面需要光伏發(fā)電參與電網(wǎng)agc調(diào)節(jié)，與常規(guī)能源機組協(xié)調(diào)平抑電網(wǎng)功率波動帶來的影響。 3控制性能評估 光伏發(fā)電站有功控制實現(xiàn)方式不同于常規(guī)能源機組，同時光伏發(fā)電站有功控制主要采取限出力措施，受制于一次能源來源的間歇性和波動性，不具備上調(diào)節(jié)能力，因此針對光伏發(fā)電的控制性能，統(tǒng)計與考核方法與常規(guī)能源差別較大。調(diào)度端下發(fā)的計劃曲線是光伏發(fā)電出力上限值，光伏發(fā)電站應(yīng)通過自身控

8、制系統(tǒng)將全站出力控制在限值以下，以確保對電網(wǎng)運行的影響最小。為使統(tǒng)計信息能夠較好地反映光伏發(fā)電控制情況，在傳統(tǒng)火電機組有功控制指標統(tǒng)計方法的基礎(chǔ)上3，統(tǒng)計光伏發(fā)電控制精度和調(diào)節(jié)速率信息時，增加了控制帶寬統(tǒng)計，通過統(tǒng)計光伏發(fā)電控制精度、時段合格及調(diào)節(jié)速率指標，評估光伏發(fā)電控制效率。 #p#分頁標題#e# 3.1控制精度 考慮到光伏發(fā)電限出力調(diào)節(jié)，光伏發(fā)電出力低于計劃值為滿足電網(wǎng)調(diào)節(jié)要求，設(shè)定出力上限控制死區(qū)帶寬；以光伏發(fā)電站出力超過限值控制帶寬上限為不合格點，控制精度為控制偏差量與給定計劃值的比值?？刂凭确从彻夥l(fā)電在以5min為統(tǒng)計周期內(nèi)，平均出力偏離限制功率目標的程度，當控制精度為100%

9、時為光伏發(fā)電出力平均值，此值為下發(fā)計劃值。 3.2時段合格 控制精度雖然可以較好地反映光伏發(fā)電出力跟蹤計劃的效果，但是控制精度指標受計劃值來源影響較大。當計劃值能夠較好地反映光伏發(fā)電的實際出力情況，并且目標值在光伏發(fā)電的可控范圍內(nèi)時，控制精度可以較好地反映實際控制效果。但是光伏發(fā)電只具備減出力調(diào)節(jié)能力，不具備升出力調(diào)節(jié)能力，綜合考慮光伏發(fā)電實際調(diào)節(jié)能力，需要其他指標作為基礎(chǔ)，以更好地評估控制精度指標。解決上述問題的方法是：增加時段合格指標。時段合格指標具體描述如圖6所示。當光伏發(fā)電出力平均值在目標出力的控制帶寬內(nèi)及目標出力以下時，在5min控制周期內(nèi)為時段合格。當5min出力平均值超過目標出力

10、與控制帶寬之和時，為時段不合格。將控制精度和時段合格兩項指標結(jié)合起來評估光伏發(fā)電的實際調(diào)控效果。時段合格是光伏發(fā)電控制的基礎(chǔ)指標，是控制精度評估的基礎(chǔ)。光伏發(fā)電首先滿足時段合格指標，根據(jù)調(diào)度下發(fā)限值，保證光伏發(fā)電出力不超過給定值上限的控制帶寬，減小對電網(wǎng)潮流和輸電斷面的影響。此時控制精度才具有意義，當滿足時段合格指標時，利用控制精度可以評判光伏發(fā)電有功調(diào)控效果。 3.3調(diào)節(jié)速率 調(diào)節(jié)速率衡量光伏發(fā)電降出力調(diào)節(jié)能力，以模式切換到限制功率作為統(tǒng)計時段起點，利用調(diào)節(jié)容量和調(diào)節(jié)時間計算得到光伏發(fā)電降出力調(diào)節(jié)速率信息?？紤]到光伏發(fā)電不具備上調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)速率計算僅計算光伏發(fā)電的下調(diào)節(jié)速率。同時調(diào)節(jié)速率計

11、算開始條件為：控制模式切換為限制功率模式，并且光伏發(fā)電實際出力高于目標出力與控制帶寬之和時，此時開始統(tǒng)計調(diào)節(jié)速率；當光伏發(fā)電站實際出力進入目標出力控制帶寬時，統(tǒng)計此時的調(diào)節(jié)速率信息。光伏發(fā)電計劃跟蹤效果性能統(tǒng)計功能，以時段合格為基礎(chǔ)，控制精度和調(diào)節(jié)速率為評估內(nèi)容，實現(xiàn)對光伏發(fā)電控制能力的綜合考核評估。 4閉環(huán)控制 由于光伏發(fā)電下調(diào)節(jié)的特性，按時段限制與計劃跟蹤是光伏發(fā)電有功自動控制的主要方式。為了驗證光伏發(fā)電有功自動控制策略的可行性，結(jié)合光伏實際發(fā)電情況，選擇寧夏電網(wǎng)內(nèi)典型光伏發(fā)電站進行了閉環(huán)控制操作。 4.1按時段限制 按時段限制控制策略閉環(huán)驗證選擇的典型光伏發(fā)電站情況：光伏發(fā)電站裝機容量為

12、：20mw；ids500kw的光伏逆變器40臺；光伏發(fā)電出力調(diào)節(jié)范圍從14.76mw下調(diào)至10mw。閉環(huán)控制過程記錄如圖7、圖8所示。根據(jù)圖7閉環(huán)調(diào)節(jié)曲線顯示，在按時段限制策略控制下，光伏發(fā)電站能夠很好地跟蹤執(zhí)行調(diào)度控制指令。由圖8閉環(huán)調(diào)節(jié)精度曲線可以看出，光伏發(fā)電站在跟蹤執(zhí)行調(diào)度控制指令的同時，保證了較高的控制精度，整個控制時段內(nèi)，平均控制精度為91.42%。 4.2計劃跟蹤 計劃跟蹤控制策略閉環(huán)驗證選擇的典型光伏發(fā)電站情況：光伏發(fā)電站裝機容量為20mw；ids500kw的光伏逆變器40臺；閉環(huán)控制過程記錄如圖9、圖10所示。圖9閉環(huán)調(diào)節(jié)曲線顯示，在計劃跟蹤策略控制下，光伏發(fā)電站能夠很好地跟蹤執(zhí)行調(diào)度控制指令。由圖10控制調(diào)節(jié)精度曲線可以看出，光伏發(fā)電站在跟蹤執(zhí)行調(diào)度控制指令的同時，保證了較高的控制精度，整個控制時段內(nèi)，平均控制精度為87.11%。 5結(jié)論 通過對光伏發(fā)電站的實際閉環(huán)操作，驗證了光伏發(fā)電有功自動控制技術(shù)的可操作性，同時通過啟停逆變器和調(diào)節(jié)逆變器出力的方式可以較好地跟蹤調(diào)度調(diào)節(jié)指令，并且能夠控制較高的調(diào)節(jié)精度。（1