CN104505856B - 一种光伏功率优化控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的光伏功率优化控制系统，采用分层分区域的系统结构，将逆变器和相关设备分成若干个区域，每一区域内的所有逆变器通过对应的二级交换机连接相应的二级控制器，二级控制器通过一级交换机连接至工作站和一级控制器。使得不同区域的逆变器可以同时接收指令，由此可以显著缩短控制周期，提高控制效率，这在100MW及以上容量光伏电站项目应用时，具有明显优势。在光伏电站进行扩容升级时，可以划分扩容逆变器为1个或几个区域，只需要增加相应二级控制器即可实现，而不必更改甚至废除之前的系统结构和设备。本申请能够方便进行光伏电站扩容升级，可有效缩减扩容升级的时间和成本，极大提高工程进度和工程质量。

Description

一种光伏功率优化控制系统

技术领域

本发明涉及一种新型的光伏功率优化控制系统结构，属于电力系统发电技术领域。

背景技术

近几年来，随着光伏技术的发展和成熟，光伏电站得到大力推广，并进行了规模化的建设。建成的光伏电站需要并入电网，并进行功率控制，以实现电能优化和电力调度。功率控制子站需要把调度指令合理分配，并下发到每一台逆变器，而光伏电站逆变器数量少则二三十台，多则一两百台，与其它类型发电厂功率控制不同(指令只需下发到数台发电机)，指令下发需要太多时间，严重影响了调节性能，由此必需引入一种新型的系统结构。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种新型的光伏功率优化控制系统结构。

本发明具体采用以下技术方案：

一种光伏功率优化控制系统，其特征在于：所述优化控制系统采用分层分区域的系统结构，将逆变器和相关设备分成若干个区域，每一区域内的所有逆变器通过对应的二级交换机连接相应的二级控制器，二级控制器通过一级交换机连接至工作站和一级控制器。

一种光伏功率优化控制系统，所述控制系统包括工作站、一级控制器、一级交换机、多个二级控制器、每一个二级控制器对应的二级交换机以及对应区域内的逆变器等；其特征在于：

根据电气回路连接情况选取连接于同一母线的若干逆变器和相关设备(如光伏组件、汇流箱、变压器等)组成一个区域。根据光伏电站总容量和母线数量，形成多个不同的区域，每一区域内的所有逆变器通过对应的二级交换机连接相应的二级控制器；

所述多个二级控制器通过一级交换机与一级控制器以及工作站相连；

所述一级控制器通过远动管理机、远动交换机、防火墙与调度相连；

每一个二级控制器负责对应区域内的逆变器运行数据的采集，并将采集数据汇总处理后上传至一级控制器；

每一个二级控制器接收一级控制器下发的控制指令，对对应区域内的逆变器进行统一控制；

所述一级控制器负责所有二级控制器运行数据的采集，并将采集数据汇总处理后上传工作站和调度；

所述一级控制器接收工作站或调度下发的控制指令，对所有二级控制器进行统一管理或控制；

所述工作站与一级控制器和二级控制器通过专用通讯协议ONet建立连接，采集逆变器、二级控制器和一级控制器的运行数据，并进行分类、分界面实时显示；

所述工作站能够调阅一级控制器和二级控制器的运行参数，并进行设置；

所述调度系统负责一级控制器运行数据的采集，也即整个光伏电站功率控制系统运行数据的采集；

所述调度系统根据县、地区或省电力系统运行情况发送调度指令给一级控制器，对整个光伏电站进行功率控制。

本申请还进一步优选包括以下方案：

所述二级控制器实现本区域各逆变器运行数据的采集和处理、以及本区域运行数据的上传；

每一个二级控制器负责接收一级控制器下发的目标指令，并根据所采集的各逆变器实时数据、约束条件和控制策略，分配目标指令到对应区域内各个逆变器。

每一个二级控制器所对应区域内所接入和控制的逆变器数目能够通过配置自由设定；

对于其它已有的或者新建的多个光伏逆变器系统，可以按照一个区域接入，实现整个光伏电站的扩容。

所述一级控制器采用AGC/AVC一体化装置或AGC/AVC独立装置；

所述一级控制器实现所有二级控制器运行数据的采集和处理、以及光伏电站运行数据的上传；

所述一级控制器负责接收调度下发的目标指令，并根据所采集的二级控制器实时数据、约束条件和控制策略，分配目标指令到对应的二级控制器。

所述一级控制器接入和控制的二级控制器数目能够通过配置自由设定；

对于其它已有的或者新建的多个光伏逆变器系统，可以直接接入一级控制器，实现整个光伏电站的扩容。

所述一级控制器与各二级控制器之间的通信支持ModbusTcp、IEC104、CSC2000等规约，支持单播和组播的通讯模式；

所述一级控制器与各二级控制器之间采用专用通讯协议CNet组成控制网络。

本发明具有以下有益技术效果：

所述的分层分区域的系统结构，使得不同区域的逆变器可以同时接收指令(该指令由二级控制器下发)，由此可以显著缩短控制周期，提高控制效率，保证了功率优化控制系统的性能。

如果采用了所述的系统结构，在光伏电站进行扩容升级时，可以划分扩容逆变器为1个或几个区域，只需要增加相应二级控制器即可实现，而不必更改甚至废除之前的系统结构和设备。在已有的非所述系统结构的光伏电站进行扩容升级时，引入所述的系统结构，直接把原系统作为一个二级控制器或作为二级控制器下的一个特定区域接入即可，也不必更改甚至废除之前的系统结构和设备。所以说，该分层分区域的系统结构，方便进行光伏电站扩容升级，可有效缩减扩容升级的时间和成本，极大提高工程进度和工程质量。

附图说明

图1为本发明光伏功率优化控制系统结构示意图。

具体实施方式

以下就结合说明书附图，来进一步说明本发明的具体实施方式。为便于说明，假定需要实施该方案的项目为一容量为100MW的光伏电站，采用两层的系统结构。

本申请公开的一种光伏功率优化控制系统，包括：工作站、一级控制器、一级交换机、多个二级控制器、每一个二级控制器对应的二级交换机以及各区域内的逆变器等；

选取连接于同一母线的若干逆变器和相关设备(如光伏组件、汇流箱、变压器等)组成一个区域，同一母线上所连接设备可以分成多个区域。根据系统总容量和母线数量，可以形成多个不同的区域，本例以容量20MW为一区域，则总共有5个区域。每一区域内的所有逆变器通过二级交换机连接对应的二级控制器，则共有5台二级控制器。这5台二级控制器通过一级交换机与一级控制器以及工作站相连。一级控制器通过远动管理机、远动交换机、防火墙等与调度相连。

每一个二级控制器负责对应区域内的逆变器运行数据的采集，并将采集数据汇总处理后(如PNnow、PNmax、PNmin等)上传至工作站和一级控制器；每一个二级控制器接收工作站或一级控制器下发的控制指令(如PNcmd)，对对应区域内的逆变器进行统一控制。

一级控制器负责所有5台二级控制器运行数据的采集(如PNnow、PNmax、PNmin等)，并将采集数据汇总处理后(如Pnow、Pmax、Pmin等)上传工作站和调度；一级控制器接收工作站或调度下发的控制指令(如Pcmd)，对所有5台二级控制器进行统一管理或控制。

对于分层结构中的每一台控制器，其向上层和向下层的接口采用标准化设计，即向上层实时更新其运行数据，如：Pnow、Pmax、Pmin等；同时接收上层下发的目标指令Pcmd；其中，Pnow、Pmax和Pmin是由其下层控制器或设备信息统计而来，如：

Pnow＝P1now+P2now+……+PNnow；

Pmax＝P1max+P2max+……+PNmax；

Pmin＝P1min+P2min+……+PNmin；

式中Pnow为当前控制器采集的总有功功率，Pmax为当前控制器可控的最大有功功率，Pmin为当前控制器可控的最小有功功率，PNnow为下级控制器采集的总有功功率，PNmax为下级控制器可控的最大有功功率，PNmin为下级控制器可控的最小有功功率，1～N为当前控制器接入的下层控制器的编号；

控制器综合采集到的运行数据和目标指令，按照既定策略进行分配，并把分配后的目标指令PNcmd下发到下层控制器；对于指令的分配策略可有多种，以下用等比例的策略说明。首先，计算目标指令的调节比例K，

K＝Pcmd/(Pmax–Pmin)；

其次，计算其下层控制器的目标指令PNcmd，

PNcmd＝K*(PNmax–PNmin)；

其中，N为当前控制器接入的下层控制器的编号，依次为1、2、3……；

通过以上的计算，得到相应的运行数据和目标指令。对于最高层即得到全站的运行数据，对于最底层则得到所有逆变器的目标指令。

这种分层分区域的系统结构，使得不同区域的逆变器可以同时接收指令，对于本例，有5条总线上逆变器可以同时接收并执行指令，数据传送时间缩短了大约五分之四，由此可以显著缩短控制周期，提高控制效率，保证了功率优化控制系统的性能。

对于已有光伏电站，在进行扩容升级时，这种结构也有着先天的优势，假定在本例中，需要二期扩容20MW，则可以划分所有扩容逆变器为1个区域，只需要增加一台二级控制器即可实现，或者直接把原有系统作为一个二级控制器或作为二级控制器下的一个特定区域接入即可，而不必更改甚至废除之前的系统结构和设备。所以说，该分层分区域的系统结构，方便进行光伏电站扩容升级，可有效缩减扩容升级的时间和成本，极大提高工程进度和工程质量。

Claims (6)

1.一种光伏功率优化控制系统，所述控制系统包括工作站、一级控制器、一级交换机、多个二级控制器、每一个二级控制器对应的二级交换机以及对应区域内的逆变器；其特征在于：

根据电气回路连接情况选取连接于同一母线的若干逆变器和相关设备组成一个区域，根据光伏电站总容量和母线数量，形成多个不同的区域，每一区域内的所有逆变器通过对应的二级交换机连接相应的二级控制器；

所述多个二级控制器通过一级交换机与一级控制器以及工作站相连；

所述一级控制器依次通过远动管理机、远动交换机、防火墙与调度系统相连；每一个二级控制器负责对应区域内的逆变器运行数据的采集，并将采集数据汇总处理后上传至一级控制器；

每一个二级控制器接收一级控制器下发的控制指令，对对应区域内的逆变器进行统一控制；

所述一级控制器负责所有二级控制器运行数据的采集，并将采集数据汇总处理后上传工作站和调度系统；

所述一级控制器接收工作站或调度系统下发的控制指令，对所有二级控制器进行统一管理或控制；

所述工作站与一级控制器和二级控制器通过专用通讯协议ONet建立连接，采集逆变器、二级控制器和一级控制器的运行数据，并进行分类、分界面实时显示；

所述工作站能够调阅一级控制器和二级控制器的运行参数，并进行设置；

所述调度系统负责一级控制器运行数据的采集，也即整个光伏电站功率控制系统运行数据的采集；

所述调度系统根据县、地区或省电力系统运行情况发送调度指令给一级控制器，对整个光伏电站进行功率控制。

2.根据权利要求1所述的光伏功率优化控制系统，其特征在于：

所述二级控制器实现本区域各逆变器运行数据的采集和处理、以及本区域运行数据的上传；

每一个二级控制器负责接收一级控制器下发的目标指令，并根据所采集的各逆变器实时数据、约束条件和控制策略，分配目标指令到对应区域内各个逆变器。

3.根据权利要求2所述的光伏功率优化控制系统，其特征在于：

每一个二级控制器所对应区域内所接入和控制的逆变器数目能够通过配置自由设定；

对于其它已有的或者新建的多个光伏逆变器系统，可以按照一个区域接入，实现整个光伏电站的扩容。

4.根据权利要求1所述的光伏功率优化控制系统，其特征在于：

所述一级控制器采用AGC/AVC一体化装置或AGC/AVC独立装置；

所述一级控制器实现所有二级控制器运行数据的采集和处理、以及光伏电站运行数据的上传；

所述一级控制器负责接收调度系统下发的目标指令，并根据所采集的二级控制器实时数据、约束条件和控制策略，分配目标指令到对应的二级控制器。

5.根据权利要求4所述的光伏功率优化控制系统，其特征在于：

所述一级控制器接入和控制的二级控制器数目能够通过配置自由设定；

对于其它已有的或者新建的多个光伏逆变器系统，可以直接接入一级控制器，实现整个光伏电站的扩容。

6.根据权利要求4所述的光伏功率优化控制系统，其特征在于：

所述一级控制器与各二级控制器之间的通信支持ModbusTcp、IEC104、CSC2000规约，支持单播和组播的通讯模式；

所述一级控制器与各二级控制器之间采用专用通讯协议CNet组成控制网络。