CN103354365B - 光伏电站智能功率调节方法 - Google Patents

光伏电站智能功率调节方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光伏电站智能功率调节方法，监测调度下发的有功功率限额值有改变，则计算功率差额、调节步长，比较功率差额与调节精度确定功率上调或下调；功率上/下调时，发电单元按上/下调能力降序排列，确定需要投入/切除的发电单元，优先调节上/下调能力大的发电单元，分配功率限额给发电单元后，发电单元中逆变器按上/下调倍率降序排列，根据发电单元调节倍率与逆变器的上/下调倍率的比较，确定分配逆变器功率限额后是否取出下一个逆变器进行调节；本方法实现光伏电站的有序功率自动控制，做到连续最优运行调节，满足调度系统对光伏电站有功变化率及故障时快速调节的要求，实现光伏电站的有功输出最大化并最大程度减少系统各方面的损耗。

Description

光伏电站智能功率调节方法
技术领域
本发明属于电力系统综合自动化技术领域，涉及一种适用于大中型光伏电站智能功率调节方法。
背景技术
大中型光伏电站并网运行后，需按照调度指令参与电力系统的调频调峰和备用。光伏电站有功功率变化应满足电力系统安全稳定运行的要求。在电力系统事故或紧急情况下，光伏电站应根据电力系统调度机构的指令快速控制其输出的有功功率。目前有功功率调节手段有以下几种：光伏阵列群控、逆变器群控、逆变器关停、逆变器有功功率限额、发电单元整组投切、发电回路投切、整站投切、综合调节等。
有功功率调节除满足调度系统要求外，还应满足电能质量要求，进而找出最佳的调节方法。目前有功功率调节可分为三类方法：顺序调节、等功率调节、智能调节。顺序调节方法主要按功率输出限额顺序调节各逆变器功率限额，直至达到功率调节目标。等功率调节方法会设置最优逆变器工作区间（30%～70%，考虑电能质量和效率因素），计算最优工作逆变器个数及功率限额，执行系统调节。智能调节方法考虑逆变器工作最优效率区间、按合适容量、合理分配调节（智能选择少量逆变器接受调节）、考虑逆变器出力调节速度影响等进行调节。但是现有的有功功率调节方法均不能实现光伏电站的有功输出最大化的基础上最大程度减少系统的损耗。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏电站智能功率调节方法，以实现光伏电站的有功输出最大化并在最大程度上减少系统各方面的损耗。
为实现上述目的，本发明的光伏电站智能功率调节方法步骤如下：
（1）监测调度下发的有功功率限额值是否改变，若是改变则进入步骤（2）；
（2）计算功率差额、调节步长，并设定调节精度，将功率差额绝对值与调节精度进行比较来确定是否进行调节；若需调节，进一步将功率差额与调节精度进行比较来确定是需要功率上调进入步骤（3）还是需要功率下调进入步骤（5）；
（3）功率上调时，发电单元按上调能力降序排列，确定需要投入的发电单元，优先调节上调能力大的发电单元，分配功率限额给发电单元后，进入步骤（4）；
（4）发电单元中逆变器按上调倍率降序排列，根据发电单元调节倍率与逆变器的上调倍率的比较，确定分配逆变器功率限额后是否取出下一个逆变器进行调节；
（5）功率下调时，发电单元按下调能力降序排列，确定需要切除的发电单元，优先调节下调能力大的发电单元，分配功率限额给发电单元后，进入步骤（6）；
（6）发电单元中逆变器按下调倍率降序排列，根据发电单元调节倍率与逆变器的下调倍率的比较，确定分配逆变器功率限额后是否取出下一个逆变器进行调节。
进一步的，所述步骤（1）中若是有功功率限额值改变且在要求的调节时间期限内则进入步骤（2）。
进一步的，所述步骤（2）需先统计各种规格逆变器最大值、最小值。
进一步的，所述步骤（2）根据调度下发的功率限额和当前电站处理计算功率差额，计算要满足1min和10min有功变化率要求的调节步长。
进一步的，所述分配给逆变器的功率限额是比较发电单元调节倍率与逆变器调节倍率确定得到的。
进一步的，所述步骤（3）中先自动调节的发电单元按上调能力降序排列,优先调节上调能力大的发电单元；如无法满足调节要求则使用背包算法投入发电单元；如果功率差额大于发电单元的上调能力，计算发电单元上调能力与调节步长的倍数并四舍五入取整，将值为（分配倍数*调节步长）的功率限额分配给该发电单元，取出下一个单元进行调节；如果功率差额不大于发电单元的上调能力，计算功率差额与发电单元调节步长的倍数并四舍五入取整，将值为（分配倍数*调节步长）的功率限额给该发电单元。
进一步的，如无法满足调节要求则使用背包算法投入发电单元，投入的发电单元初始功率限额设为20%，如达不到调节目标继续调节其它发电单元。
进一步的，所述步骤（4）中若发电单元调节倍率大于逆变器的上调倍率，将值为（逆变器当前功率限额+逆变器上调倍率*调节步长）的功率限额给该逆变器，取出下一个逆变器进行调节；若发电单元调节倍率不大于逆变器的上调倍率，将值为（逆变器当前功率限额+发电单元调节倍率*调节步长）的功率限额给该逆变器并结束。
进一步的，所述步骤（5）中如果允许紧急切机，直接按下调能力大小切除发电单元，直接达到调节目标；如不允许紧急切机，自动调节的发电单元按下调能力降序排列,优先调节下调能力大的发电单元；如无法满足调节要求则使用背包算法切除发电单元，如达不到调节目标继续调节其它发电单元；如果功率差额小于发电单元的下调能力，计算发电单元下调能力与调节步长的倍数并四舍五入取整，将值为（倍数*调节步长）的功率限额给该发电单元，取出下一个单元进行调节；如果功率差额不小于发电单元的下调能力，计算功率差额与发电单元调节步长的倍数并四舍五入取整，将值为（倍数*调节步长）的功率限额给该发电单元并结束。
进一步的，所述步骤（6）中若发电单元调节倍率大于逆变器的下调倍率，将值为（逆变器当前功率限额－逆变器下调倍率*调节步长）的功率限额给该逆变器，取出下一个逆变器进行调节；若发电单元调节倍率不大于逆变器的上调倍率，将值为（逆变器当前功率限额－发电单元调节倍率*调节步长）的功率限额给该逆变器并结束。
本发明光伏电站智能功率调节方法，综合考虑环境及发电设备最佳运行状况实现光伏电站的有序功率自动控制，做到连续最优运行调节，满足调度系统对光伏电站有功变化率及故障时快速调节的要求。同时在满足调度要求的情况下，实现光伏电站的有功输出最大化并在最大程度上减少系统各方面的损耗。本方法是一种智能优化调节方法，从系统层面考虑最佳功率输出调节、按合适容量调节、合理分配调节、逆变器出力调节速度影响、满足1min及10min功率变化率要求、启停机控制、故障时切除不用考虑功率变化率要求等具体要素。
附图说明
图1是本发明实施例的有功调节主流程图；
图2是本发明实施例的有功功率调节分配流程图；
图3是本发明实施例的有功调节功率上调流程图；
图4是本发明实施例的有功调节功率下调流程图；
图5是本发明实施例的发电单元分配上调限额流程图；
图6是本发明实施例的发电单元分配下调限额流程图。
具体实施方式
本发明的光伏电站智能功率调节方法从系统层面考虑最佳功率输出调节、按合适容量调节、合理分配调节、逆变器出力调节速度影响、满足1min及10min功率变化率要求、启停机控制、故障时切除不用考虑功率变化率要求等具体要素。
光伏电站智能功率调节方法是：智能调节算法启动有功调节主流程，检查光伏电站额定参数及运行参数成功后，启动有功调节操作线程，监测调度下发的有功功率限额值改变后，进入有功功率调节分配流程；有功功率调节分配流程需要计算功率调节差额、调节步长、确定调节精度等，根据功率调节差额确定进入功率上调流程或功率下调流程；功率上调时，发电单元按上调能力降序排列，确定需要投入的发电单元，优先调节上调能力大的发电单元，分配功率限额给发电单元后，进入发电单元分配上调流程。功率下调时，发电单元按下调能力降序排列，确定需要切除的发电单元，优先调节下调能力大的发电单元，分配功率限额给发电单元后，进入发电单元分配下调流程；发电单元调节时，比较发电单元调节倍率与逆变器调节倍率，确定分配给逆变器的功率限额。
调节方法进入有功功率调节分配流程后，需要统计各种规格逆变器最大值、最小值等统计数据用于后续计算发电单元调节能力大小及设立标杆逆变器。根据调度下发的功率限额和当前电站处理计算功率差额，计算要满足1min和10min有功变化率要求的调节步长，为防止调节时出现抖动现象需要设定合理的调节精度，对于大中型光伏电站，100kW以内的调节精度可满足调节要求。将每轮调节的功率差额设置为调节步长，进入功率调节流程。
调节方法进入功率上调流程后，可自动调节的发电单元按上调能力降序排列,优先调节上调能力大的发电单元。如不满足调节要求则使用背包算法投入发电单元，本轮投入的发电单元初始功率限额设为20%，如达不到调节目标继续调节其它发电单元。如果功率差额大于发电单元的上调能力，计算发电单元上调能力与调节步长的倍数并四舍五入取整，将值为（分配倍数*调节步长）的功率限额分配给该发电单元，取出下一个单元进行调节；如果功率差额不大于发电单元的上调能力，计算功率差额与发电单元调节步长的倍数并四舍五入取整，将值为（分配倍数*调节步长）的功率限额给该发电单元，并结束。
调节方法进入功率下调流程后，如果允许紧急切机，可直接按下调能力大小切除发电单元，直接达到调节目标。如不允许紧急切机，可自动调节的发电单元按下调能力降序排列,优先调节下调能力大的发电单元。如不满足调节要求则使用背包算法切除发电单元，如达不到调节目标继续调节其它发电单元。如果功率差额小于发电单元的下调能力，计算发电单元下调能力与调节步长的倍数并四舍五入取整，将值为（倍数*调节步长）的功率限额给该发电单元，取出下一个单元进行调节；如果功率差额不小于发电单元的下调能力，计算功率差额与发电单元调节步长的倍数并四舍五入取整，将值为（倍数*调节步长）的功率限额给该发电单元并结束。
调节方法进入发电单元分配上调流程后，发电单元中逆变器按上调倍率降序排列，发电单元调节倍率大于逆变器的上调倍率，将值为（逆变器当前功率限额+逆变器上调倍率*调节步长）的功率限额给该逆变器，取出下一个逆变器进行调节。发电单元调节倍率不大于逆变器的上调倍率，将值为（逆变器当前功率限额+发电单元调节倍率*调节步长）的功率限额给该逆变器并结束。
调节方法进入发电单元分配下调流程后，发电单元中逆变器按下调倍率降序排列，发电单元调节倍率大于逆变器的下调倍率，将值为（逆变器当前功率限额－逆变器下调倍率*调节步长）的功率限额给该逆变器，取出下一个逆变器进行调节。发电单元调节倍率不大于逆变器的上调倍率，将值为（逆变器当前功率限额－发电单元调节倍率*调节步长）的功率限额给该逆变器并结束。
下面以图1至图6所示的有功调节的方法执行流程为例论述本发明的具体实施方式。
为了更容易理解具体实施方式，本例假设情况尽量简单。假设光伏电站为30MWp中型光伏电站，分为6个发电单元，每个发电单元装机容量为5MWp。设定所有逆变器器为同规格500kW的逆变器,调节间隔为60秒。1min变化率为3000kW,10min变化率为10000kW,调节精度为100kW，不允许紧急切机。目前光伏电站有功出力为15000kW，所有逆变器的最大出力为350kW,发电单元1至发电单元6的当前有功出力分别为2400kW、2400kW、2500kW、2550kW、2550kW、2600kW，调度系统计划下一个5分钟时间点功率限额为18000kW。
如图1所示，当初始化有功配置后，如果配置有效便启动有功调节线程。线程检测到调度下发了18000kW的限额值，时间有效，进入有功调节分配流程。
如图2所示，统计出处于MPPT状态的逆变器为发电单元6的逆变器6-1，出力为350kW，作为标杆逆变器。计算出功率差额为3000kW，功率差额大于调节精度，调节步长为(10000/10)kW=1000kW,功率差额大于调节步长，因此将功率差额的值赋值为1000kW，进入有功调节功率上调流程。
如图3所示，可上调发电单元按上调能力降序排列为发电单元1、发电单元2、发电单元3、发电单元4、发电单元5、发电单元6。无需投入发电单元。功率差额大于调节精度，且有可调节的发电单元。优先调节发电单元1，发电单1上调能力为（350*10-2400）kW=1100kW,功率差额小于发电单元的上调能力，将1100kW的上调限额分配给该单元并结束。
如图4所示，为有功调节功率下调流程，此处不用。
如图5所示，发电单元1逆变器按上调能力降序排序，由于发电单元调节倍率大于每个逆变器的上调倍率，就每个逆变器调制最大值350kW。第一轮调节结束。
如图6所示，发电单元分配下调限额流程，此处不用。
第一轮调节后，光伏电站有功出力增加了1100kW，60秒后，按照图1至图6的步骤继续执行调节，第2轮调节可增加1100kW有功出力，第3轮调节即可达到调度调节目标。

Claims (9)

1.光伏电站智能功率调节方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
(1)监测调度下发的有功功率限额值是否改变，若是改变则进入步骤(2)；
(2)计算功率差额、调节步长，并设定调节精度，将功率差额绝对值与调节精度进行比较来确定是否进行调节；若需调节，进一步将功率差额与调节精度进行比较来确定是需要功率上调进入步骤(3)还是需要功率下调进入步骤(5)；
(3)功率上调时，发电单元按上调能力降序排列，确定需要投入的发电单元，优先调节上调能力大的发电单元，分配功率限额给发电单元后，进入步骤(4)；
先自动调节的发电单元按上调能力降序排列,优先调节上调能力大的发电单元；如无法满足调节要求则使用背包算法投入发电单元；如果功率差额大于发电单元的上调能力，计算发电单元上调能力与调节步长的倍数并四舍五入取整，将第一功率限额分配给该发电单元，取出下一个单元进行调节；如果功率差额不大于发电单元的上调能力，计算功率差额与发电单元调节步长的倍数并四舍五入取整，将第一功率限额给该发电单元；所述第一功率限额＝分配倍数*调节步长；
(4)发电单元中逆变器按上调倍率降序排列，根据发电单元调节倍率与逆变器的上调倍率的比较，确定分配逆变器功率限额后是否取出下一个逆变器进行调节；
(5)功率下调时，发电单元按下调能力降序排列，确定需要切除的发电单元，优先调节下调能力大的发电单元，分配功率限额给发电单元后，进入步骤(6)；
(6)发电单元中逆变器按下调倍率降序排列，根据发电单元调节倍率与逆变器的下调倍率的比较，确定分配逆变器功率限额后是否取出下一个逆变器进行调节。
2.根据权利要求1所述的光伏电站智能功率调节方法，其特征在于：所述步骤(1)中若是有功功率限额值改变且在要求的调节时间期限内则进入步骤(2)。
3.根据权利要求1所述的光伏电站智能功率调节方法，其特征在于：所述步骤(2)需先统计各种规格逆变器最大值、最小值。
4.根据权利要求1所述的光伏电站智能功率调节方法，其特征在于：所述步骤(2)根据调度下发的功率限额和当前电站处理计算功率差额，计算要满足1min和10min有功变化率要求的调节步长。
5.根据权利要求1所述的光伏电站智能功率调节方法，其特征在于：所述分配给逆变器的功率限额是比较发电单元调节倍率与逆变器调节倍率确定得到的。
6.根据权利要求1所述的光伏电站智能功率调节方法，其特征在于：如无法满足调节要求则使用背包算法投入发电单元，投入的发电单元初始功率限额设为20％，如达不到调节目标继续调节其它发电单元。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的光伏电站智能功率调节方法，其特征在于：所述步骤(4)中若发电单元调节倍率大于逆变器的上调倍率，将第二功率限额给该逆变器，取出下一个逆变器进行调节；若发电单元调节倍率不大于逆变器的上调倍率，将第三功率限额给该逆变器并结束；所述第二功率限额＝逆变器当前功率限额+逆变器上调倍率*调节步长；所述第三功率限额＝逆变器当前功率限额+发电单元调节倍率*调节步长。
8.根据权利要求1所述光伏电站智能功率调节方法，其特征在于：所述步骤(5)中如果允许紧急切机，直接按下调能力大小切除发电单元，直接达到调节目标；如不允许紧急切机，自动调节的发电单元按下调能力降序排列,优先调节下调能力大的发电单元；如无法满足调节要求则使用背包算法切除发电单元，如达不到调节目标继续调节其它发电单元；如果功率差额小于发电单元的下调能力，计算发电单元下调能力与调节步长的倍数并四舍五入取整，将第一功率限额给该发电单元，取出下一个单元进行调节；如果功率差额不小于发电单元的下调能力，计算功率差额与发电单元调节步长的倍数并四舍五入取整，将第一功率限额给该发电单元并结束。
9.根据权利要求1、2、3、4、5、8中任一项所述的光伏电站智能功率调节方法，其特征在于：所述步骤(6)中若发电单元调节倍率大于逆变器的下调倍率，将第四功率限额给该逆变器，取出下一个逆变器进行调节；若发电单元调节倍率不大于逆变器的上调倍率，将第五功率限额给该逆变器并结束；所述第四功率限额＝逆变器当前功率限额－逆变器下调倍率*调节步长；所述第五功率限额＝逆变器当前功率限额－发电单元调节倍率*调节步长。
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