CN105978043A - 光伏电站多逆变器有功功率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光伏电站多逆变器有功功率输出的控制方法：由运行厂家确定一台样板逆变器，以此确定各逆变器输出功率的上下限；根据响应速度快慢将逆变器分为慢速响应逆变器和快速响应逆变器两类，只对快速逆变器进行有且操作；设置有功功率调度指令上限判断环节，对有功功率调度指令进行修正；设置功率调节死区判断环节；设置功率平衡机制，在调节指令变化时，首先快速响应逆变器主要承担功率调节任务，使光伏电站的输出功率快速接近调节指令，同时对慢速逆变器以快速逆变器相同的功率参考值进行调节，将功率调节任务在两类逆变器之间进行动态平衡。本发明能够实现光伏电站有功功率输出的快速准确调节，并能够应对后续调节任务。

Description

光伏电站多逆变器有功功率控制方法

技术领域

本发明属于新能源光伏发电、电网调度技术领域，是一种能实现光伏电站有功功率输出快速、准确调节的控制方法。

背景技术

近年来，以光伏和风电为代表的新能源的开发与利用越来越受到各国的重视。光伏发电受太阳能资源的制约，具有随机性、间歇性、周期性以及波动性的特点，随着光伏电站装机容量的快速增长，其对电力系统的影响也越来越大。为了减小大规模光伏并网对电网造成的影响，国家电网公司于2011年5月发布《光伏电站接入电网技术规定》中规定“大中型光伏电站应配备有功功率控制系统，具备有功功率调节能力。能够接收并自动执行调度部门发送的有功功率变化的控制指令，确保有功功率及有功功率变化按照电力调度部门的要求运行”。

光伏电站的有功功率控制能够使光伏电站的有功出力准确跟踪电网调度值，并降低光伏电站对电网的冲击。目前，光伏电站有功功率控制策略在进行功率分配的过程中对逆变器实行统一调节，以简单的平均分配方式处理光伏电站的功率调节任务，并没有考虑光伏电站内光伏逆变器响应特性的差异，并且尚未见到针对光伏逆变器响应特性差异进行功率分配研究的文献。然而，在实际光伏电站中，由于光伏电站的建设工期以及光伏逆变器生产厂家、产品型号等因素的影响，逆变器的响应特性存在差异，这使得光伏电站内逆变器的有功调节速度不同，有的逆变器对有功功率调节指令可以做出快速响应，而有的逆变器则响应速度较慢。若仅用简单的平均分配方式处理光伏电站的功率调节问题，必然会使有功功率的调节时间过长，进而导致光伏电站整体有功功率调节速度减慢。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于用于大、中型光伏电站的光伏电站多逆变器有功功率控制方法。本发明考虑逆变器之间响应特性的差异，充分利用快速响应逆变器响应速度快的特点，以实现光伏电站有功功率的快速、准确调节，并能保留此部分逆变器的调节能力以应对后续调节任务。本发明的技术方案如下：

一种光伏电站多逆变器有功功率控制方法，包括下列步骤：

(1)由光伏电站运行厂家指定一台样板逆变器MIV，以确定单台逆变器的功率参考值范围，MIV一直以最大预测功率输出，且只与光照、温度有关，设定参数包括：MIV最大预测功率P_{miv_max}；MIV最小启动功率P_{miv_min}；给出其余各个逆变器功率参考值P_{i_ref}；

对于各个其余逆变器，当P_{i_ref}大于P_{miv_max}，将P_{i_ref}设定为P_{miv_max}；当P_{i_ref}小于P_{miv_min}，将P_{i_ref}设定为P_{miv_min}或是将该逆变器切除；

(2)根据响应速度快慢将其余逆变器分为两类：

1)慢速响应逆变器：投入运行的该类逆变器一般不做启停操作

2)快速响应逆变器：当需要对光伏电站内逆变器数量进行调整时，改变此类逆变器的投运数量

(3)光伏电站内安装的有功功率控制系统接收有功功率调度指令或本地有功功率调度指令P_sch，通过信息采集设备收集各类逆变器的数量以及运行状态信息；

(4)设置有功功率调度指令上限判断环节，对有功功率调度指令P_sch进行修正

通过对P_sch与光伏电站有功容量P_max进行比较，判断功率调节是否超出光伏电站的有功输出上限。当P_sch大于P_max，将P_sch限制在P_max，继续进行后续功率调节；当P_sch小于P_max，按照给定调节指令进行后续功率调节；

(5)设置功率调节死区判断环节

通过对步骤(4)得到的P_sch与当前PCC点实际功率输出值P_out进行比较，得到光伏电站功率调节差值△P，当△P大于功率调节死区设定值P_deadzone，继续功率调节；当△P小于P_deadzone，不再进行功率调节；

(6)设置1min和10min有功功率变化率限制环节，计算得到本控制周期光伏电站的调节功率参考值P_ref，设定参数包括：光伏电站过去1min和10min输出有功功率最大值与最小值P_{1_min}、P_{1_max}、P_{10_min}、P_{10_max}，光伏电站1min和10min有功功率变化率最大限制△P₁、△P₁₀；

1)对于光伏电站1min有功功率变化率限制：当P_sch大于P_{1_min}+△P₁，设定P_sch＝P_{1_min}+△P₁；当P_sch小于P_{1_max}-△P₁，设定P_sch＝P_{1_max}-△P₁；在其他范围时，设定P_sch保持原值不变；

2)对于光伏电站10min有功功率变化率限制：当P_sch大于P_{10_min}+△P₁₀，设定P_sch＝P_{10_min}+△P₁₀；当P_sch小于P_{10_max}-△P₁₀，设定P_sch＝P_{10_max}-△P₁₀；在其他范围时，设定P_sch保持原值不变；

通过上述步骤得到本控制周期光伏电站的功率调节参考值P_ref；

(7)设置功率平衡机制，主要包括两部分：

1)计算计划投入运行的快速响应逆变器的功率参考值

将本控制周期内功率调节参考值P_ref中超出MIV输出功率P_{miv_max}和慢速响应逆变器出力P₁部分作为快速响应逆变器的调节目标值，计算快速响应逆变器的计划投入数量N和功率参考值P_pref；

2)两类逆变器功率输出的动态平衡

为了保留快速响应逆变器应对后续功率调节任务的调节能力，在光伏电站有功功率调节过程中，以快速响应逆变器相同的功率参考值调节慢速响应逆变器，这样可以在光伏电站功率输出快速满足调节指令的基础上，实现调节指令在两类逆变器之间的动态平衡。

(8)根据步骤(6)中得到的本控制周期光伏电站功率调节参考值P_ref，利用步骤(7)中功率平衡机制计算计划投入运行的快速响应逆变器数量以及每台逆变器的功率参考值，使光伏电站在逆变器功率参考值满足上下限值要求情况下投入最少数量的逆变器；

(9)根据步骤(8)得到的逆变器数量对光伏电站内投入运行的快速响应逆变器进行调整，并将逆变器功率参考值分配给每台投入运行的逆变器；

(10)判断光伏电站功率输出是否达到指令值要求，若未达到要求，则重复执行上述步骤(3)～(9)，若达到要求，则保持光伏电站出力不变直到下个调节指令到来。

附图说明

图1光伏电站三相并网发电系统拓扑图

图2光伏电站有功功率控制系统示意图

图3上限判断环节流程图

图4调节死区判断环节流程图

图5有功功率变化率限制环节流程图

图6功率参考值计算流程图

附图中及文字中各标号的含义：

MIV为样板逆变器，PV1～PV4为逆变器；

P_ref为本控制周期光伏电站的功率调节参考值；P_iref与P_iout分别为光伏电站第i台逆变器的功率参考值与输出值；

P_sch为功率调节指令；P_max为光伏电站当前功率预测值；

P_out为光伏电站当前功率输出值；P_deadzone为光伏电站功率调节死区设定值；△P为光伏电站功率调节指令值与功率输出值的差值；

P_{1_min}、P_{1_max}、P_{10_min}、P_{10_max}分别为光伏电站过去1min和10min输出有功功率最大值与最小值；△P₁、△P₁₀为光伏电站1min和10min有功功率变化率最大限制；

P₁为慢速逆变器当前功率输出值；P_{miv_max}为MIV当前预测功率，也是MIV的输出功率以及每台逆变器输出功率的上限值；P_{miv_min}为MIV当前最小启动功率，也是每台逆变器输出功率的下限值；N_{um_1}为投入运行的慢速逆变器数量；N_{um_2}为光伏电站内快速逆变器的数量；N₂为计划投入运行的快速逆变器数量；P_{ref_i}为单台光伏逆变器的功率参考值；

具体实施方式

下面将结合实施例及参照附图对该发明的技术方案进行详细说明。

本实施例以图1所示的光伏电站并网发电系统拓扑图为例，图中一台样板逆变器MIV，一台慢速响应逆变器，三台快速响应逆变器

(1)光伏电站运行厂家通过场站运行数据或产品参数指定一台运行性能稳定、响应速度快的逆变器作为样板逆变器MIV，MIV一直工作在最大功率模式下，输出功率只与光照强度和温度有关，不接收功率调节指令，即向外输出有功但不参与有功调节；图1中MIV为样板逆变器。MIV的最大运行功率P_{miv_max}，最小启动功率P_{miv_min}，并作为各运行逆变器的输出功率的上下限，当单台光伏逆变器功率参考值P_{ref_i}大于MIV最大预测功率P_{miv_max}，将P_{i_ref}设定为P_{miv_max}；对于慢速响应逆变器逆变器，功率参考值P_{ref_i}小于MIV最小启动功率P_{miv_min}，将P_{ref_i}设定为P_{miv_min}，对于快速响应逆变器，功率参考值P_{ref_i}小于MIV最小启动功率P_{miv_min}时将该逆变器切除；

(2)根据光伏电站历史数据将MIV之外的逆变器分为慢速响应逆变器和快速响应逆变器，图1中PV1为慢速响应逆变器，PV2～PV4为快速响应逆变器

(3)光伏电站内有功功率控制系统接收有功功率调度指令(计划曲线或实时指令)或本地指令P_sch，通过信息采集设备收集各类逆变器的数量以及运行状态信息；功率控制系统结构图如图2所示。采集信息包括功率指令、光伏电站功率预测、光伏电站变化率限制、控制模式、并网点输出功率、各逆变器的运行状态信息。

(4)根据图3所示的功率上限判断环节，判断调节指令是否超出光伏电站的输出功率上限，对调节指令进行调整：当调节指令P_sch大于光伏电站有功容量P_max，将调节指令限制在光伏电站有功容量P_max，继续进行功率调节；当调节指令P_sch小于光伏电站有功容量P_max，按照给定调节指令值进行功率调节；

(5)根据图4所示的功率调节死区判断环节，判断经步骤(4)调整之后的调节指令是否在当前光伏电站的调节死区内：

|P_sch-P_out|＞P_deadzone，继续进行后续功率调节步骤；|P_sch-P_out|≤P_deadzone，退出功率调节；

(6)根据图5所示的光伏电站1min和10min有功功率变化率限制环节流程图，使光伏电站本控制周期的调节参考值满足国网标准规定的变化率限制：

1)对于光伏电站1min有功功率变化率限制：

P_sch＞P_{1_min}+△P₁，设定P_sch＝P_{1_min}+△P₁；P_sch＜P_{1_max}-△P₁，设定P_sch＝P_{1_max}-△P₁；P_{1_max}-△P₁＜P_sch＜P_{1_min}+△P₁，设定P_sch＝P_sch，然后将此步调整后的指令值P_sch输入到10min变化率限制环节

2)对于光伏电站1min有功功率变化率限制：

P_sch＞P_{1_min}+△P₁，设定P_sch＝P_{1_min}+△P₁；P_sch＜P_{1_max}-△P₁，设定P_sch＝P_{1_max}-△P₁；P_{1_max}-△P₁＜P_sch＜P_{1_min}+△P₁，设定P_sch＝P_sch。将经过此步骤调整的指令值P_sch作为光伏电站本控制周期的调节参考值P_ref，即P_sch＝P_ref；

(7)根据功率平衡机制，

1)将本控制周期的调节参考值P_ref中超出MIV出力P_{miv_max}和PV1出力P₁部分作为PV2～PV4的调节目标值，通过公式计算P_pref以及使P_pref满足P_{miv_min}≤P_pref≤P_{miv_max}的PV2～PV4最少投入数量N₂；

2)使PV1与PV2～PV4中投入运行的逆变器功率参考值保持相同，即P_{1_ref}＝P_{2_ref}，P_{1_ref}为PV1功率参考值，P_{2_ref}为PV2～PV4中投入运行的逆变器功率参考值；

通过步骤1)，首先由快速响应逆变器PV2～PV4主要承担光伏电站的功率调节任务，使光伏电站输出功率能够在短时间内接近调节指令，由于步骤2)使得PV1与快速逆变器的参考值相同，所以随着调节的进行，PV1出力P₁会变化，因此P_pref也会进行调整，这样光伏电站内慢速逆变器与投入运行的快速逆变器之间出力会进行动态平衡，到最终稳态时，两类PV1与PV2～PV4中投入运行的逆变器输出功率保持相同；

(8)根据步骤(7)中计算的公式和条件，计算本控制周期逆变器的投入数量以及各运行逆变器的功率参考值：

1)将快速逆变器的数量N₂从1开始依次增加，直到满足P_pref≤P_{miv_max}；

2)再对N₂值进行调整，直到满足P_pref≥P_{miv_min}；

3)判断N₂是否超出光伏电站内快速逆变器的数量N_{um_2}，若超出则将全部快速逆变器投入运行；若值已经降到1，则将快速逆变器全部切除，只有慢速响应逆变器参与调节，利用公式计算此时慢速逆变器的功率参考值，然后对其进行调整使满足P_{miv_min}≤P_{ref_i}≤P_{miv_max}；

4)根据调整之后的N₂计算然后对其进行调整使满足P_{miv_min}≤P_{ref_i}≤P_{miv_max}；

(9)根据步骤(8)计算结果调整光伏电站中投入运行的快速响应逆变器的数量，对PV2～PV4的投切情况进行调整，并将功率参考值分配给投入运行的逆变器；

(10)通过功率控制系统判断光伏电站功率输出是否达到调节指令要求，若没有则继续进行步骤(3)～(9)直到达到调节指令或新的调节指令到来。

Claims (1)

1.一种光伏电站多逆变器有功功率控制方法，包括下列的步骤：

(1)由光伏电站运行厂家指定一台样板逆变器MIV，以确定单台逆变器的功率参考值范围，MIV一直以最大预测功率输出，且只与光照、温度有关，设定参数包括：MIV最大预测功率P_{miv_max}；MIV最小启动功率P_{miv_min}；给出其余各个逆变器功率参考值P_{i_ref}；

对于各个其余逆变器，当P_{i_ref}大于P_{miv_max}，将P_{i_ref}设定为P_{miv_max}；当P_{i_ref}小于P_{miv_min}，将P_{i_ref}设定为P_{miv_min}或是将该逆变器切除；

(2)根据响应速度快慢将其余逆变器分为两类：

1)慢速响应逆变器：投入运行的该类逆变器一般不做启停操作

2)快速响应逆变器：当需要对光伏电站内逆变器数量进行调整时，改变此类逆变器的投运数量

(3)光伏电站内安装的有功功率控制系统接收有功功率调度指令或本地有功功率调度指令P_sch，通过信息采集设备收集各类逆变器的数量以及运行状态信息；

(4)设置有功功率调度指令上限判断环节，对有功功率调度指令P_sch进行修正

通过对P_sch与光伏电站有功容量P_max进行比较，判断功率调节是否超出光伏电站的有功输出上限。当P_sch大于P_max，将P_sch限制在P_max，继续进行后续功率调节；当P_sch小于P_max，按照给定调节指令进行后续功率调节；

(5)设置功率调节死区判断环节

通过对步骤(4)得到的P_sch与当前PCC点实际功率输出值P_out进行比较，得到光伏电站功率调节差值△P，当△P大于功率调节死区设定值P_deadzone，继续功率调节；当△P小于P_deadzone，不再进行功率调节；

(6)设置1min和10min有功功率变化率限制环节，计算得到本控制周期光伏电站的调节功率参考值P_ref，设定参数包括：光伏电站过去1min和10min输出有功功率最大值与最小值P_{1_min}、P_{1_max}、P_{10_min}、P_{10_max}，光伏电站1min和10min有功功率变化率最大限制△P₁、△P₁₀；

1)对于光伏电站1min有功功率变化率限制：当P_sch大于P_{1_min}+△P₁，设定P_sch＝P_{1_min}+△P₁；当P_sch小于P_{1_max}-△P₁，设定P_sch＝P_{1_max}-△P₁；在其他范围时，设定P_sch保持原值不变；

2)对于光伏电站10min有功功率变化率限制：当P_sch大于P_{10_min}+△P₁₀，设定P_sch＝P_{10_min}+△P₁₀；当P_sch小于P_{10_max}-△P₁₀，设定P_sch＝P_{10_max}-△P₁₀；在其他范围时，设定P_sch保持原值不变；

通过上述步骤得到本控制周期光伏电站的功率调节参考值P_ref；

(7)设置功率平衡机制，主要包括两部分：

1)计算计划投入运行的快速响应逆变器的功率参考值

将本控制周期内功率调节参考值P_ref中超出MIV输出功率P_{miv_max}和慢速响应逆变器出力P₁部分作为快速响应逆变器的调节目标值，计算快速响应逆变器的计划投入数量N和功率参考值P_pref；

2)两类逆变器功率输出的动态平衡

为了保留快速响应逆变器应对后续功率调节任务的调节能力，在光伏电站有功功率调节过程中，以快速响应逆变器相同的功率参考值调节慢速响应逆变器，这样可以在光伏电站功率输出快速满足调节指令的基础上，实现调节指令在两类逆变器之间的动态平衡。

(8)根据步骤(6)中得到的本控制周期光伏电站功率调节参考值P_ref，利用步骤(7)中功率平衡机制计算计划投入运行的快速响应逆变器数量以及每台逆变器的功率参考值，使光伏电站在逆变器功率参考值满足上下限值要求情况下投入最少数量的逆变器；

(9)根据步骤(8)得到的逆变器数量对光伏电站内投入运行的快速响应逆变器进行调整，并将逆变器功率参考值分配给每台投入运行的逆变器；

(10)判断光伏电站功率输出是否达到指令值要求，若未达到要求，则重复执行上述步骤(3)～(9)，若达到要求，则保持光伏电站出力不变直到下个调节指令到来。