并网光伏电站 AGC/AVC应用

并网光伏电站 AGC/AVC应用

蒋法林 徐冰

南京南瑞继保电气有限公司 江苏南京 211100

【摘要】针对太阳能资源本身具有随机性、间歇性、周期性以及波动性的特点，当光伏发电系统与电网并网时对电网运行以及对配网和高压输电网的电压质量均有一定影响， 为保证电网的安全稳定运行及提高供电质量光伏电站中应配置功率/电压控制系统（光伏AGC/AVC）。文中介绍了在光伏电站中应用的一种光伏AGC/AVC 控制系统的结构、控制模式、控制策略并给出了控制流程图，该系统已在青海格尔木黄河200MW光伏电站等多个大型光伏电站中成功应用，并取得良好效果。

【关键词】并网光伏电站 AGC AVC 控制策略

Grid-connected photovoltaic power plant AGC/AVC application

Jiang Falin, Xu Bing

(Nanjing Nanrui Jibao Electric Co., Ltd., Nanjing, Jiangsu 211100)

【Abstract】In view of the randomness, intermittentness, periodicity and volatility of solar energy resources, when the photovoltaic power generation system is connected to the grid, it will have certain influence on the grid operation and the voltage quality of the distribution network and the high-voltage transmission network. In order to ensure the safe and stable operation of the power grid and improve the quality of power supply, the power/voltage control system (photovoltaic AGC/AVC) should be deployed in the photovoltaic power station. This paper introduces the structure, control mode and control strategy of a photovoltaic AGC/AVC control system applied in photovoltaic power station and gives the control flow chart. The system has been used in several large-scale photovoltaic power plants such as Qinghai Golmud Huanghe 200MW photovoltaic power station. Successfully applied and achieved good results.

[Keywords] grid-connected photovoltaic power plant AGC AVC control strategy

太阳能资源本身具有随机性、间歇性、周期性以及波动性的特点，以太阳能为能源的光伏电站的出力同样具有以上特点，为了解决并网光伏电站发电系统对电网运行以及对配网和高压输电网的电压影响，需要对光伏电站进行科学的调度控制。国家电网公司于2011 年5 月发布的《光伏电站接入电网技术规定》[2]中规定：“大中型光伏电站应配置有功功率控制系统，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及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。大中型光伏电站应配置无功电压控制系统， 具备无功功率及电压控制能力。根据电力调度部门的指令，光伏电站自动调节其发出（吸收）的无功功率，控制光伏电站并网点电压在正常运行范围内”。

1 光伏AGC/AVC的主要功能

在光伏电站中，光伏自动发电控制（光伏AGC） 接收来自调度指令或电站本地内的有功需求，并按照制定好的控制策略分配给光伏电站内的逆变器，逆变器根据分配出力值，实时调节出力，从而实现整个光伏电站有功分配和调节，维持光伏电站高压侧电压接近目标值。

光伏自动电压控制（光伏AVC）接收来自调度的并网点电压目标值，通过控制策略实时调节并网逆变器、无功补偿设备（SVG/SVC）的无功补偿值或变电站升压变压器的分接头进行光伏电站内的整体无功补偿，从而使并网点电压处在正常运行范围内。

2 光伏AGC/AVC的总体架构

光伏电站功率/电压控制系统由光伏AGC/AVC 服务器和操作员站组成，系统结构如图1 所示。光伏AGC/AVC 服务器一般由高性能PC服务器担任，是光伏AGC /AVC控制系统部署机器，主要完成和站内逆变器、SVG/SVC 设备以及远动机的通信和数据采集;光伏AGC/AVC控制系统进行具体控制逻辑判别，生成最优调节策略的组合，通过网络下发调节命令来实现AGC/AVC 功能。

操作员站以图形界面的方式直观对系统进行监视，不仅可以显示光伏AGC/AVC 服务器的调节状态（压板投入、运行状态、超出调节能力等），还可以实时显示站内逆变器、SVG/SVC 的实时信息及告警信息，以及通过操作员站对功率控制系统进行设定，使之按要求的方式运行。

图1 系统结构图

光伏AGC/AVC 服务器和远动机以及站内逆变器、SVC/SVG等设备都是接在同一个网络上面（如果不能直接接入以太网，可以通过规约转换装置实现接入），服务器通过远动机向调度主站上送光伏电站AGC/AVC站内各种控制信息和实时数据； 同时通过远动机接收调度主站下发的的有功、无功/电压控制和调节指令，服务器根据接受的指令，按照预先制定的控制策略进行计算，并将计算的结果或者命令通过网络下发到各个逆变器或者SVC/SVG装置，最终实现全站的有功、无功功率/并网点电压的控制，达到电力系统并网技术要求。

3 光伏AGC/AVC的控制模式

光伏AGC/AVC 系统的工作模式主要有两种：远方模式和就地模式。远方模式（即接收来自调度中心的有功目标值或者无功/电压目标值） 和就地模式（本地内预先设定好有功、无功/电压的本地计划曲线值），两者可通过站内控制软压板进行切换。当与调度主站出现暂时性通信中断时，光伏AGC /AVC服务器将自动切换至本地模式运行，根据预先设定的本地有功、无功/电压计划曲线值进行调整。

AGC 有功功率值设定有2 种方式：总有功方式和当日有功计划曲线方式。总有功方式是接收调度下发的总有功目标值，直接以目标值方式设定全站总有功； 日负荷曲线方式为调度预先给出下一个24 h 的负荷曲线（实际为每5 min 对负荷进行1 次设定，一天共288 个点），负荷曲线存储在光伏AGC/AVC计划曲线库中，AGC 从中读取数据以决定某一时刻负荷的大小。

AVC 有2 种控制模式：总无功模式和电压目标值模式。总无功方式是直接接收来自调度下发的总无功设定值，电压控制方式则根据调度下发的母线电压目标值或母线电压范围，折算为无功负荷后在可调逆变器、无功补偿装置间进行分配。在电压控制模式下，母线电压的设定值不仅可以接收调度下发实时设定值，也可选择投入电压曲线模式， 按照调度曲线中的电压设定值进行调节。

AGC 有功功率值设定有2 种方式：总有功方式和当日有功计划曲线方式。总有功方式是接收调度下发的总有功目标值，直接以目标值方式设定全站总有功； 日负荷曲线方式为调度预先给出下一个24 h 的负荷曲线（实际为每5 min 对负荷进行1 次设定，一天共288 个点），负荷曲线存储在光伏AGC/AVC计划曲线库中，AGC 从中读取数据以决定某一时刻负荷的大小。

AVC 有2 种控制模式：总无功模式和电压目标值模式。总无功方式是直接接收来自调度下发的总无功设定值，电压控制方式则根据调度下发的母线电压目标值或母线电压范围，折算为无功负荷后在可调逆变器、无功补偿装置间进行分配。在电压控制模式下，母线电压的设定值不仅可以接收调度下发实时设定值，也可选择投入电压曲线模式， 按照调度曲线中的电压设定值进行调节。

4 光伏AGC/AVC的控制策略

有功分配策略：光伏电站接受到省调主站下发的有功目标值，然后在所有运行且可调逆变器中进行负荷分配。分配的方式主要是将有功目标值平均分配到各台逆变器。

有功分配流程图如下：

图2 有功分配流程图

有功分配的公式分别是：

P_AGC = P_target - P_free 公式(1)

公式(1)中 P_AGC为可调逆变器总有功之和，P_target是调度主站下发的总有功，P_free是不可控的逆变器有功之和，不可控逆变器表示由于通讯等原因，光伏AGC/AVC服务器无法控制的但在自由发电的逆变器。

P_iAGC = P_AGC / (i=1...n) 公式（2）

公式(2) 中

_PiAGC表示每台逆变器分配到的有功负荷，求和公式表示当前可控逆变器数量的总和。求和公式是计算可控逆变器个数和。

由于不可控逆变器的存在，而且不可控逆变器的有功处在“自由发”状态，这部分有功极易受到天气的波动而有较大的变化，势必会影响到分配到可控逆变器那部分的有功总和。

P_ixAGC = P_xAGC/ (i=1...n) 公式(3)

公式(3)中 P_xAGC是一个修正值，其目的主要是修正由于不可控逆变器存在而产生的有功分配差异。P_ixAGC是修正后分配到每台逆变器的有功负荷。

无功分配流程图如下：

图3 无功调节流程

无功预测值计算公式是：

Q_forecast = K * (U_target - U_real) 公式(1)

公式(1) 中 U_target是目标电压值，U_real是实时电压值，K是灵敏系数。

Q_iAVC = Q_forecast / (i=1...n) 公式(2)

公式(2) 是计算分配到每个可控逆变器的无功补偿值和。Q_iAVC是分配到每个逆变器的无功补偿值。求和公式是计算可控逆变器的数目总和。

Q_iSVC = (Q_forecast - Q_iAVC) / (i=1...n) 公式(3)

公式(3) 是计算分配到SVC/SVG上的无功补偿值和。Q_iSVC是分配到每个逆变器的无功补偿值。

无功补偿的优先原则是先逆变器后SVC/SVG装置。

修正灵敏系数K的判别公式：

(U_∆target*U_∆real)>0 && (U_∆target - U_∆real) / U_∆target 公式(4)

(U_∆target*U_∆real)>0 && ( U_∆real - U_∆target ) / U_∆target 公式(5)

公式(4)(5) 是自行修正灵敏系数K的判别条件。U_∆target是预测电压变化值，U_∆real是实际变化电压值。

公式(4)的结果值>0,表示当前无功补偿值不够，需要扩大灵敏系数K。

公式(5)的结果值>0,表示当前无功补偿值过多，需要减小灵敏系数K。

运用以上策略的有功控制和电压控制，效果如图4、图5：

图4 光伏AGC调节效果

图5 AVC调节效果图

5 光伏AGC/AVC的应用

对光伏电站的有功、无功\电压状态动态跟踪，迅速通过调节光伏电站的逆变器和无功补偿设备(SVC/SVG),实现有功调节和电压调节，能够更好的控制光伏电站实际出力和无功补偿。该光伏AGC/AVC系统已经应用于青海、宁夏、新疆、甘肃等多个大型光伏电站，为并网光伏电站的运行稳定运行提供可靠保障。

参考文献

[1] Q/GDW617—2011，光伏电站接入电网技术规定[S].

[2] 黄华，陈建华. 光伏并网运行无功控制技术报告[R]. 国网电力科学研究院，2011.

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作者简介：

蒋法林（1977--），男，工程师，主要从事电力系统自动化、新能源技术保护调试及检验工作.

徐冰（1977--），男，主要从事电力系统自动化、新能源技术检测检验工作.