CN105048493A

CN105048493A - 一种基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法

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Publication number: CN105048493A
Application number: CN201510385485.5A
Authority: CN
Inventors: 贺衬心; 唐云龙; 霍富强; 李静满; 苏战辉; 葛琪; 卞正锋; 郑鹏飞
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Xuji Group Co Ltd
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2015-11-11
Anticipated expiration: 2035-07-01
Also published as: CN105048493B

Abstract

本发明公开了一种基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，以调度功率曲线为基准，根据光伏电站并网点有功功率与调度曲线回差值，判断光伏电站功率处于调节范围内某一区域，按照预先设定的比率算法调节逆变器有功功率，从而保持光伏电站有功功率出力稳定跟踪调度曲线。本方法可根据电站内发电功率与调度曲线偏差，自动调整发电功率增益率，同时最大限度降低对大电网的波动影响，抑制光伏电能对公共电网电能质量的污染，不仅满足调度对电站的控制要求，而且最大化发电企业的发电利益。

Description

一种基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法

技术领域

本发明属于电力系统综合自动化领域，涉及一种基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法。

背景技术

随着常规能源危机和全球气候变化日益突出，可再生分布式能源发展势头迅猛，光伏电能以其持续性和可控性等独特优势，尤受用户青睐。光伏电能具有随机性特点，随季节和环境变化光伏电能波动较大，随着光伏电能在电力供应中比重不断扩大，给电网运行带来的负面影响越来越大，增加电网公司对电网调度管理难度。国家电网公司关于光伏电站并入电网的技术规定中，明确要求大中型光伏电站根据电网调度指令调节光伏电站有功功率处理和控制光伏电站运行，以便在电网故障和特殊运行方式时保证电力系统稳定；同时应具有限制输出功率变化率的能力，输出功率变化率的限值应根据光伏电站所接入的电网状况、光伏电站运行特性及其技术性能指标而定；光伏电站每分钟最大功率变化量不宜超过装机容量的10％，但可以接受因太阳光辐照度快速减少引起的光伏电站输出功率下降速度超过最大变化率的情况。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，解决目前大中型光伏电站对有功功率的输出及变化率控制问题。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，该方法包括如下步骤：

(1)将调节区至少分为停止区、灵敏调节区、一般调节区、快速调节区，并设定各调节区的调节比率；

(2)根据光伏电站当前并网点有功功率值与调度曲线值的差值功率P_dif判断光伏电站功率所处的调节区，选择对应的上调或下调控制方式，并计算所需的有功功率调节量P_adj；

(3)将光伏电站的可控逆变器分为出力受限逆变器和非受限逆变器，计算所选逆变器理论可调有功功率总和P_s，并根据控制方式、所需的有功功率调节量P_adj及所选逆变器理论可调有功功率总和P_s计算对应各逆变器分配调节值。

所述步骤(2)中所需的有功功率调节量P_adj的计算公式如下：

P_{a d j} = \{\begin{matrix} 0 & (P_{d i f} < p_{d \min}) \\ P_{d i f} \cdot k_{s} & (p_{d \min} \leq P_{d i f} \leq p_{d s}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (P_{d i f} - p_{d s}) \cdot k_{g} & (p_{d s} \leq P_{d i f} < p_{d g}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (p_{d g} - p_{d s}) \cdot k_{g} + (P_{d i f} - p_{d g}) \cdot k_{f} & (p_{d g} \leq P_{d i f} < p_{d \max}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (p_{d g} - p_{d s}) \cdot k_{g} + (p_{d \max} - p_{d g}) \cdot k_{f} & (p_{d \max} \leq P_{d i f}) \end{matrix}

其中，p_dmin是光伏电站有功功率调节精度值；

p_ds是灵敏调节区的差值功率上限值；

p_dg是灵敏调节区的差值功率上限值；

p_dmax是光伏电站有功功率1分钟变化率上限值；

k_s是灵敏调节区的调节比率；

k_g是一般调节区的调节比率；

k_f是快速调节区的调节比率。

所述步骤(2)中，当P_dif为正时，选择下调控制方式，当P_dif为负时，选择上调控制方式。

所述步骤(3)中，将出力受限逆变器和非受限逆变器分别按照出力情况进行排序，根据光伏电站功率所处的调节区及P_adj计算选择逆变器：当处于停止区时，不进行调节；当处于灵敏调节区时，选择最佳的逆变器进行调节；当处于一般调节区时，经计算选择多台逆变器进行调节；当处于快速调节区时，选择所有逆变器进行调节。

所述步骤(3)中，对应各逆变器分配调节值的计算公式如下：

上调控制：

\{\begin{matrix} P_{s} = Σ_{i}^{n} (P_{e i} - P_{d i}) \\ P_{a d j i} = (P_{a d j} / P_{s}) \cdot (P_{e i} - P_{d i}) + P_{d i} \end{matrix}

下调控制：

\{\begin{matrix} P_{s} = Σ_{i}^{n} (P_{d i} - P_{d l}) \\ P_{a d j i} = P_{d i} - (P_{a d j} / P_{s}) \cdot (P_{d i} - P_{d l}) \end{matrix}

其中，P_ei为逆变器额定功率；

P_di为逆变器当前出力功率；

P_dl为逆变器功率调节下限；

P_adji为单台逆变器需要的设定值；

P_s为逆变器理论可调功率之和。

当进行上调控制时，优先选择出力受限逆变器进行调节，当进行下调控制时，优先选择不受限逆变器进行调节。

当进行上调控制时，k_s、k_g的取值大于1；在进行下调控制时，k_s、k_g的取值小于1，而不管是上调控制还是下调控制，k_f均小于1。

本发明基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法以调度功率曲线为基准，根据光伏电站并网点有功功率与调度曲线回差值，判断光伏电站功率处于调节范围内某一区域，按照预先设定的比率算法调节逆变器有功功率，从而保持光伏电站有功功率出力稳定跟踪调度曲线。本方法可根据电站内发电功率与调度曲线偏差，自动调整发电功率增益率，同时最大限度降低对大电网的波动影响，抑制光伏电能对公共电网电能质量的污染，不仅满足调度对电站的控制要求，而且最大化发电企业的发电利益。

附图说明

图1为有功功率调节流程图；

图2为光伏发电有功变比率调节特性；

图3为有功功率上调流程图；

图4为逆变器功率上调示意图；

图5为有功功率下调流程图；

图6为逆变器功率下调示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，该方法是由图可知，根据电站当前并网点有功功率值与调度曲线值的差值功率，判断光伏电站功率处于调节范围的某一区域，选择相应的算法控制逆变器输出功率，使并网点有功功率逐次快速逼近调度曲线值，最大限度降低对大电网影响，实现发电功率最大化，该方法具体包括如下步骤：

(1)将调节区至少分为停止区、灵敏调节区、一般调节区、快速调节区，并设定各调节区的调节比率，其中，灵敏调节区的调节比率设定为k_s，一般调节区的调节比率设定为k_g，快速调节区的调节比率设定为k_f。

在进行调节区划分时，首先计算光伏电站相关参数：有功功率调节精度值p_dmin和每分钟最大变化率的有功功率值p_dmax，再根据p_dmin和p_dmax，设定灵敏调节区差值功率上限值p_ds和灵敏调节区差值功率上限值p_dg，将调节区细分为停止区、灵敏调节区、一般调节区、快速调节区。

如图2所示，在各调节区内设定调节比率：

①停止区，一般不需要调节，调节比率为0；

②灵敏调节区，需要调节的有功功率差值一般很小，当进行上调控制时，系数k_s一般略大于1，在进行下调控制时，k_s一般略小于1，减少调节次数；

③一般调节区，需要调节的有功功率差值一般较小，与灵敏调节区相同，当进行上调控制时，系数k_g一般略大于1，在进行下调控制时，k_g一般略小于1，且|k_s-1|＞|k_g-1|，保证一次性调节到位；

④快速调节区，需要调节的有功功率差值一般较大，不管是上调控制还是下调控制，系数k_f一般都略小于1，保证每次调节不会“过度”，便于控制有功功率的波动；

⑤上调的调节比率可以略大于下调的调节比率，便于控制有功功率处于调度曲线的上方位置，使光伏电站发电量最大化。如差值功率为-500kW,k_s上调系数设为1.05，系统运行在高于调度曲线50kW的误差精度范围内；差值功率为500kW,k_s下调系数设为0.95，系统同样运行在高于调度曲线50kW的误差精度范围内。

P_adj的计算公式如下：

P_{a d j} = \{\begin{matrix} 0 & (P_{d i f} < p_{d \min}) \\ P_{d i f} \cdot k_{s} & (p_{d \min} \leq P_{d i f} \leq p_{d s}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (P_{d i f} - p_{d s}) \cdot k_{g} & (p_{d s} \leq P_{d i f} < p_{d g}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (p_{d g} - p_{d s}) \cdot k_{g} + (P_{d i f} - p_{d g}) \cdot k_{f} & (p_{d g} \leq P_{d i f} < p_{d \max}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (p_{d g} - p_{d s}) \cdot k_{g} + (p_{d \max} - p_{d g}) \cdot k_{f} & (p_{d \max} \leq P_{d i f}) \end{matrix}

其中，p_dmin是光伏电站有功功率调节精度值；

p_ds是灵敏调节区的差值功率上限值；

p_dg是灵敏调节区的差值功率上限值；

p_dmax是光伏电站有功功率1分钟变化率上限值；

以光伏电站当前有功功率值与调度曲线值的回差值(即P_dif)为参考，回差值为正时，光伏电站当前有功功率值超出调度曲线范围，需要下调控制；回差值为负时，光伏电站当前有功功率值低于调度曲线范围，需要上调控制，使当前有功功率逐次逼近调度曲线值。

另外，当P_dif较小时，保证|P_adj-P_dif|<p_dmin,P_dif较大时，保证P_adj<P_dif，这样既能保证每次调节不会“过度”，又可以减少调节次数。

(3)将光伏电站的可控逆变器分为出力受限逆变器和非受限逆变器，计算所选逆变器理论可调有功功率总和P_s，并根据控制方式、所需的有功功率调节量P_adj及所选逆变器理论可调有功功率总和P_s计算对应各逆变器分配调节值P_adji。

对逆变器进行分类分项统计：

①根据逆变器种类、型号统计；

②根据逆变器是否可调统计，统计出可以调节的逆变器；

③根据逆变器限功率状态及出力情况统计；

读取逆变器当前有功功率值和限功率值，如果逆变器有功功率值等于限功率值，则逆变器处于限功率状态，如果逆变器有功功率值小于限功率值，则逆变器未受限；逆变器处于限功率状态记为A类逆变器，未受限记为B类逆变器；A、B类逆变器按照出力大小一次排列成A1，A2，A3……，B1，B2，B3……；

④统计出逆变器可调节的有功功率值。

在进行逆变器调节时，根据光伏电站并网点有功功率值与调度曲线值的差值功率，定位出光伏发电有功变比率调节区域，选择相应的算法调整当前有功功率逐次快速逼近调度曲线值，最大限度的降低对大电网的影响，并实现发电功率最大化。其调节原则为：停止区，不调节；灵敏调节区，按逆变器优先级排序选择最佳的择逆变器进行调节；一般调节区，由总差值功率与两类逆变器平均差值功率计算需参与调节的逆变器台数进行调节；快速调节区，选择所有可调逆变器进行调节。

对应各逆变器分配调节值的计算公式如下：

上调控制：

\{\begin{matrix} P_{s} = Σ_{i}^{n} (P_{e i} - P_{d i}) \\ P_{a d j i} = (P_{a d j} / P_{s}) \cdot (P_{e i} - P_{d i}) + P_{d i} \end{matrix}

下调控制：

\{\begin{matrix} P_{s} = Σ_{i}^{n} (P_{d i} - P_{d l}) \\ P_{a d j i} = P_{d i} - (P_{a d j} / P_{s}) \cdot (P_{d i} - P_{d l}) \end{matrix}

其中，P_ei为逆变器额定功率；

P_di为逆变器当前出力功率；

P_dl为逆变器功率调节下限；

P_adji为单台逆变器需要的设定值；

P_s为逆变器理论可调功率之和，计算值应大于P_adj。

另外，当进行上调控制时，优先选择出力受限逆变器进行调节，当进行下调控制时，优先选择不受限逆变器进行调节，当不受限逆变器全部参与调节仍不满足要求时，再对受限逆变器进行调节。

电网调度机构对光伏电站的有功功率调节要求如下：(1)光伏电站每分钟最大功率变化量不宜超过安装容量的10％，但可以接受因太阳光辐照度快速减少引起的光伏电站输出功率下降速度超过最大变化率的情况；(2)光伏电站启动时应确保输出的有功功率变化不超过所设定的最大功率变化率；(3)除发生电气故障或接受到来自于电网调度机构的指令以外，光伏电站同时切除的功率应在电网允许的最大功率变化率范围内。

本发明综合考虑以上要求，以一个100MWp光伏电站为例，实施方案如下：

计算光伏电站参数：有功功率调节精度值p_dmin及达到每分钟最大变化率的有功功率值p_dmax；本电站单台逆变器额定功率为500kW，以单台逆变器的20％作为调节精度：p_dmin＝500kW*20％＝100kW；按照光伏电站每分钟最大功率变化量为安装容量的10％来计算：p_dmax＝100MW*10％＝10MW。

设定调节特性比率：根据p_dmin、p_dmax，设定灵敏调节区的差值功率上限值p_ds和一般调节区的差值功率上限值p_dg，将调节方案分为停止区、灵敏调节区、一般调节区、快速调节区，各区调节限值如下：(1)停止区上限p_dmin设为100kW；(2)灵敏调节区上限p_ds设为1MW；(3)一般调节区上限p_dg设为5MW；(4)快速调节区下限也为p_dg，即1MW。

在各调节区内设定调节比率：停止区，调节比率为0；灵敏调节区，上调k_s设为1.06，下调k_s设为0.92；一般调节区，上调k_g设为1.01，下调k_g设为0.98；快速调节区，需要调节的有功功率差值一般较大，系数k_f一般略小于1，保证每次调节不会“过度”，上、下调k_f均设为0.99；

逆变器分类分项统计：本站逆变器分两种类别，容量均为500kW，调节时可认为同一种逆变器；逆变器共200台，均可控，以下是逆变器某一时刻的运行数据：

受限逆变器统计表如下，平均功率295KW；

未受限逆变器统计表如下，平均功率410KW；

编号	出力大小	限功率值	是否受限
				B1	362	550	0
B2	365	550	0
				B3	368	550	0
B4	369	550	0
				B5	383	550	0
B6	385	550	0
				B7	385	550	0
B8	387	550	0
				B9	389	550	0
……

逆变器的选择与调节：根据电站当前并网点有功功率值与调度曲线值的差值功率，定位出当前处于光伏发电有功变比率调节特性中的区域，选择相应的算法调整当前有功功率逐次快速逼近调度曲线值。

若本站当前并网点功率为72.35MW，则：

如图3～图4所示，如调度曲线当前时刻值为73.1MW，则进行以下运算：

P_dif＝72.35-73.1＝-0.75MW

P_adj＝|P_dif|*k_s＝750*1.06＝795kW

由于P_dif为负，则需进行上调控制；由受限逆变器和非受限逆变器的统计表可知，受限逆变器与非受限逆变器的平均功率差值115kW，计算需要调节8台A类逆变器；

\begin{matrix} P_{s} = Σ_{i}^{n} (P_{e i} - P_{d i}) = (500 - 255) * 2 + (500 - 268) + (500 - 269) + (500 - 280) * 3 + (500 - 282) \\ = 1831 (K W); \end{matrix}

则根据P_adji＝(P_adj/P_s)·(P_ei-P_di)+P_di可计算得：

需要说明的是：本实施例中在理论计算时，7台A类逆变器若都达到设定值即可满足795kW的需求，但是在实际运行中，各逆变器可能并不能严格按照设定值来执行，若有一些逆变器达不到设定值，则可能造成上调幅度达不到理想调节值的情况，因此为避免出现这类情况，在进行计算逆变器台数的需求量时，一般要有一定的余量，使最终调节值满足需求，故本实施例选择调节8台A类逆变器。

如图5～图6所示，如果调度曲线当前时刻值为71.1MW，则进行以下运算：

P_dif＝72.35-71.1＝1.25MW＝1250kW

P_adj＝p_ds*k_s+(|P_dif|-p_ds)k_g＝1000*0.92+250*0.98＝1165kW

由于P_dif为正，则需进行下调控制；考虑逆变器的发电质量，逆变器需运行在20％的额定功率(即20％*500＝100)之上，根据未受限逆变器统计表可知，当前未受限逆变器平均功率410kW，那么平均可下调功率为310kW，考虑调节余量并取整，选择5台B类逆变器进行调节：

P = Σ_{i}^{n} (P_{d i} - 100) = (362 - 100) + (365 - 100) + (368 - 100) + (369 - 100) + (383 - 100) = 1347 k W

则根据P_adji＝P_di-(P_adj/P_s)·(P_di-100)可计算得：

逆变器	设定值	单位	逆变器	设定值	单位
						PadjB1	135.40	kW	PadjB4	136.35	kW
PadjB2	135.81	kW	PadjB5	138.24	kW
						PadjB3	136.21	kW

最后将计算得出的各逆变器限功率值设置到逆变器，等待执行成功，对全站功率及逆变器运行状态进行实时分析，进行下一轮的调节运算。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，其特征在于：所述步骤(2)中所需的有功功率调节量P_adj的计算公式如下：

P_{a d j} = \{\begin{matrix} 0 & (P_{d i f} < p_{d \min}) \\ P_{d i f} \cdot k_{s} & (p_{d \min} \leq P_{d i f} < p_{d s}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (P_{d i f} - p_{d s}) \cdot k_{g} & (p_{d s} \leq P_{d i f} < p_{d g}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (p_{d g} - p_{d s}) \cdot k_{g} + (P_{d i f} - p_{d g}) \cdot k_{f} & (p_{d g} \leq P_{d i f} < p_{d \max}) \\ p_{d s} \cdot k_{s} + (p_{d g} - p_{d s}) \cdot k_{g} + (p_{d \max} - p_{d g}) \cdot k_{f} & (p_{d \max} \leq P_{d i f}) \end{matrix}

其中，p_dmin是光伏电站有功功率调节精度值；

p_ds是灵敏调节区的差值功率上限值；

p_dg是灵敏调节区的差值功率上限值；

p_dmax是光伏电站有功功率1分钟变化率上限值；

k_s是灵敏调节区的调节比率；

k_g是一般调节区的调节比率；

k_f是快速调节区的调节比率。

3.根据权利要求1所述的基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，其特征在于：所述步骤(2)中，当P_dif为正时，选择下调控制方式，当P_dif为负时，选择上调控制方式。

4.根据权利要求1所述的基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将出力受限逆变器和非受限逆变器分别按照出力情况进行排序，根据光伏电站功率所处的调节区及P_adj计算选择逆变器：当处于停止区时，不进行调节；当处于灵敏调节区时，选择最佳的逆变器进行调节；当处于一般调节区时，经计算选择多台逆变器进行调节；当处于快速调节区时，选择所有逆变器进行调节。

5.根据权利要求1所述的基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，其特征在于，所述步骤(3)中，对应各逆变器分配调节值的计算公式如下：

上调控制：

\{\begin{matrix} P_{s} = Σ_{i}^{n} (P_{e i} - P_{d i}) \\ P_{a d j i} = (P_{a d j} / P_{s}) \cdot (P_{e i} - P_{d i}) + P_{d i} \end{matrix}

下调控制：

\{\begin{matrix} P_{s} = Σ_{i}^{n} (P_{d i} - P_{d l}) \\ P_{a d j i} = P_{d i} - (P_{a d j} / P_{s}) \cdot (P_{d i} - P_{d l}) \end{matrix}

其中，P_ei为逆变器额定功率；

P_di为逆变器当前出力功率；

P_dl为逆变器功率调节下限；

P_adji为单台逆变器需要的设定值；

P_s为逆变器理论可调功率之和。

6.根据权利要求1所述的基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，其特征在于：当进行上调控制时，优先选择出力受限逆变器进行调节，当进行下调控制时，优先选择不受限逆变器进行调节。

7.根据权利要求2所述的基于变比率回差控制的光伏发电有功调节方法，其特征在于：当进行上调控制时，k_s、k_g的取值大于1；在进行下调控制时，k_s、k_g的取值小于1，而不管是上调控制还是下调控制，k_f均小于1。