CN103107557A - 一种光伏电站群控组合优化方法 - Google Patents

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Abstract

一种光伏电站群控组合优化方法，属光伏发电技术领域。步骤包括获取光伏电站逆变器的转换效率曲线，对于逆变器的不同台数组合，采用效率穷举法求出其欧洲效率后，通过对欧洲效率提高程度的分析得出最大可行台数；构成满足最大可行台数约束的各种群控单元；根据光伏电站容量的要求，形成群控单元的组合方式。对于不同的群控单元组合方式，采用效率穷举法求出其欧洲效率，得出可选的优化组合。优点在于，可为正确认识群控系统效率提升与投资、技术难度之间的关系，理性选择群控单元最优组合方式提供科学依据。

Description

一种光伏电站群控组合优化方法
技术领域
本发明属光伏发电技术领域，特别是涉及一种光伏电站群控组合优化方法。
背景技术
光伏群控技术是指以一定的拓扑结构将多台光伏并网逆变器直流侧或交流侧形成电气连接，对各逆变器进行协调控制，以提高低功率输出时逆变器群效率的方法。当前，建设大规模并网光伏电站是集中利用太阳能的有效方式，但由于光伏发电固有的间歇性和波动性，当光照较弱时，光伏阵列输出功率降低，从而使逆变器效率明显下降，而当引入群控技术后，逆变器群的效率能够得到一定程度地改善。
逆变器群转换效率是指逆变器的交流输出功率与直流输入功率之比，主要受逆变器设计时的转换效率和实际中逆变器运行状态的影响。其中，群控系统的引入最主要的目的便是改善大规模并网逆变器群实际运行状态，从而提高实际运行中逆变器群的转换效率。
效率穷举法作为一种群控系统效率优化方法，其工作原理是实时计算光伏阵列不同输出功率下启停逆变器的台数，以使逆变器群欧洲转换效率最高。
发明内容
本发明目的在于提供一种光伏电站群控组合优化方法，以向光伏电站提供群控单元最大可行台数的建议，并提供群控系统可选优化组合。可根据所提供的可选组合结合实际情况选取光伏电站群控最优组合。
本发明提出如下技术方案：
步骤1：获取光伏电站逆变器的转换效率曲线，对于逆变器的不同台数组合，采用效率穷举法求出其欧洲效率，然后通过对欧洲效率提高程度的分析得出最大可行台数。
获取逆变器的转换效率曲线，若无法实测则可使用曲线拟合的方式近似得出逆变器转换效率曲线。
穷举效率法是指假设某一输入功率下，有N台逆变器开启，根据逆变器效率曲线可求出N台逆变器的欧洲效率，记为η1。并假设此时第N+1台逆变器开启，计算逆变器的欧洲效率，记为η2。比较η1与η2，若后者大于前者则开启第N+1台逆变器，否则则不开启。基于穷举效率法可求得分别包含任意台逆变器的群控单元的欧洲效率。随着群控系统中逆变器台数增加，群控系统的欧洲效率势必会逐渐提高，当逆变器台数增加到m+1台后，欧洲效率提高不到0.05%，则取m作为最大可行台数。
其中欧洲效率的定义不同于通常的逆变器平均效率或最高效率，而是指不同负载情况下的逆变器效率按照一定的权重累加得到的，具体表达式为
ηEuro=0.03η5%+0.06η10%+0.13η20%+0.1η30%+0.48η50%+0.2η100%
其中：ηEuro：逆变器的欧洲效率，η5%：逆变器输出功率为额定功率5%时的转换效率，后续以此类推。
步骤2：构成满足最大可行台数约束的群控单元
最大可行台数不同，构建的群控单元也不相同。当最大可行台数为m时，群控单元有m-1个，容量最小的为1MW，容量最大的为m/2MW，各单元容量以500kW递增。
步骤3：根据光伏电站容量的要求，形成群控单元的组合方式。对于不同的群控单元组合方式，采用效率穷举法求出其欧洲效率，然后通过对欧洲效率提高程度的分析得出可选优化组合。
根据步骤2，将所构建的群控单元以容量从小到大编号为x1、x2…xm-1.对应的容量分别为1MW、1.5MW……m/2MW.假设光伏电站容量为P，单位为MW。则满足光伏电站容量要求的不同群控单元的数量可用下式求得：
a1*1+a2*1.5+a3*2+……+am-1*m/2=P
求出上式所有的解。其中a1、a2……am-1分别代表群控单元x1、x2…xm-1的个数。从而得到符合光伏电站容量的全部群控单元组合方式。最后对于这些群控单元组合方式，采用效率穷举法求出其欧洲效率，通过对欧洲效率提高程度的分析可得出可选优化组合。
本发明的有益效果是：提出了群控单元的最大可行台数以及群控单元的优化组合方法，可供决策者科学地认识群控系统效率提升与投资、技术难度之间的关系，理性地选择群控单元最优组合方式。
附图说明
图1光伏电站逆变器群组合方式设计流程图。
图2典型的500kW逆变器转化效率曲线。
图3不同逆变器台数的群控单元欧洲效率曲线。
图4不同容量的群控单元示意图。
图5 3MW光伏电站逆变器群组合方式示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图1所示的光伏电站逆变器群组合方式设计流程图，对其进行描述。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
步骤1：获取光伏电站逆变器的转换效率曲线，对于逆变器的不同台数组合，采用效率穷举法求出其欧洲效率，然后通过对欧洲效率提高程度的分析得出最大可行台数。
获取各组合方式涉及的不同型号逆变器的转换效率曲线，若无法实测则可使用曲线拟合的方式近似得出逆变器转换效率曲线。典型的500kW逆变器转化效率曲线如图2所示。穷举效率法是指假设某一输入功率下，有N台逆变器开启，根据逆变器效率曲线可求出N台逆变器的欧洲效率，记为η1。并假设此时第N+1台逆变器开启，计算逆变器的欧洲效率，记为η2。比较η1与η2，若后者大于前者则开启第N+1台逆变器，否则则不开启。基于穷举效率法所得的分别包含1～10台逆变器的群控单元的效率如图3所示。由图可见，随着群控系统中逆变器台数增加，群控系统的欧洲效率逐渐提高，但当逆变器台数增加到一定数量后，欧洲效率提高很少，几乎不变，从而说明群控技术工程应用中没有必要将大量的逆变器全部连接一起组成群控系统，否则只会增加系统控制难度和复杂度。例如：当群控系统中逆变器台数由1台变为2台、2台变为4台和4台变为5台时，欧洲效率分别增加了约0.81%、0.25%和0.04%，不难发现欧洲效率的增加主要集中在是否采用群控，而对于最优台数则存在一个可选区间，如2、3和4台，其中建议选取的最大可行台数为4。因为当台数超过4台后，欧洲效率增加很少，而随着台数增加，控制难度将会提高，系统维护也将逐步变得复杂。
步骤2：构成满足最大可行台数约束的各种群控单元
最大可行台数不同，构建的群控单元也不相同。以最大可行台数4为例，构建的群控单元如图4所示，图中包含3种群控单元，分别为1MW群控单元、1.5MW群控单元和2MW群控单元，群控单元容量、逆变器数量以及欧洲效率各有不同。以此为基础构建光伏电站的群控单元的优化组合。
步骤3：根据光伏电站容量的要求，形成群控单元的组合方式。对于不同的群控单元组合方式，采用效率穷举法求出其欧洲效率，然后通过对欧洲效率提高程度的分析得出可选优化组合
光伏电站设计中，逆变器及其组合方式的选取是一个很复杂的问题，需要综合考虑多方面因素。在此将结合某3MW光伏电站群控组合方案设计的实施例进行说明。本设计中以前述某500kW逆变器为例，且仅考虑一种逆变器型号，其方法同样适用于多种不同型号的逆变器组合。首先，根据该逆变器的效率曲线，通过步骤1可得出该逆变器的最大可行台数为4，从而可构成3种不同的群控单元（假设所列群控单元存在），分别为1MW群控单元、1.5MW群控单元和2MW群控单元。然后，根据光伏电站容量为3MW且仅选用一种型号的逆变器可得9种不同的组合方式，组合方式示意图如图5所示，对应的9种组合方式如下：
(a) 2MW群控单元+1MW群控单元；
(b) 2个1.5MW群控单元；
(c) 2MW群控单元+2台500kW逆变器；
(d) 1.5MW群控单元+1MW群控单元+1台500kW逆变器；
(e) 3个1MW群控单元；
(f) 1.5MW群控单元+3台500kW逆变器；
(g) 2个1MW群控单元+2台500kW逆变器；
(h) 1MW群控单元+4台500kW逆变器；
(i) 6台500kW逆变器。
Figure BDA0000277615431
对于上述9种组合方式，可通过基于效率穷举的群控组合优化法得出相应的欧洲效率，如上表所示。通过对该9种组合方式欧洲效率的对比分析可知，组合a和组合b的欧洲效率分别为97.66%和97.67%，高于其余7种组合的欧洲效率且至少高出0.17%，因此从群控系统效率优化角度考虑，组合a和组合b可作为可选的优化组合。对于其他容量的光伏电站可根据上述步骤及3MW光伏电站设计例，进行群控组合设计。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种光伏电站群控组合优化方法，其特征在于，包括下列步骤：
（1）获取光伏电站逆变器的转换效率曲线，对于逆变器的不同台数组合，采用效率穷举法求出其欧洲效率，然后通过对欧洲效率提高程度的分析得出最大可行台数；
当逆变器的转换效率曲线无法实测，则使用曲线拟合的方式近似得出逆变器转换效率曲线；
基于穷举效率法能求得分别包含任意台逆变器的群控单元的欧洲效率，随着群控系统中逆变器台数增加，群控系统的欧洲效率势必会逐渐提高，当逆变器台数增加到m+1台后，欧洲效率提高不到0.05%，则取m作为最大可行台数；
（2）构成满足最大可行台数约束的群控单元
最大可行台数不同，构建的群控单元也不相同；当最大可行台数为m时，群控单元有m-1个，容量最小的为1MW，容量最大的为m/2MW，各单元容量以500kW递增。；
（3）根据光伏电站容量的要求，形成群控单元的组合方式
对于不同的群控单元组合方式，采用效率穷举法求出其欧洲效率，然后通过对欧洲效率提高程度的分析得出可选优化组合；
根据步骤2，将所构建的群控单元以容量从小到大编号为x1、x2…xm-1.对应的容量分别为1MW、1.5MW……m/2MW.假设光伏电站容量为P，单位为MW；则满足光伏电站容量要求的不同群控单元的数量用下式求得：
a1*1+a2*1.5+a3*2+……+am-1*m/2=P；
求出上式所有的解，其中a1、a2……am-1分别代表群控单元x1、x2…xm-1的个数；从而得到符合光伏电站容量的全部群控单元组合方式；最后对于这些群控单元组合方式，采用效率穷举法求出其欧洲效率，通过对欧洲效率提高程度的分析得出选优化组合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述的欧洲效率是指不同负载情况下的逆变器效率按照一定的权重累加得到的，具体表达式为：
ηEuro=0.03η5%+0.06η10%+0.13η20%+0.1η30%+0.48η50%+0.2η100%
其中：ηEuro：逆变器的欧洲效率，η5%：逆变器输出功率为额定功率5%时的转换效率，后续以此类推。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的穷举效率法是指假设某一输入功率下，有N台逆变器开启，根据逆变器效率曲线求出N台逆变器的欧洲效率，记为η1；并假设此时第N+1台逆变器开启，计算逆变器的欧洲效率，记为η2；比较η1与η2，当后者大于前者则开启第N+1台逆变器，否则则不开启。
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