CN106712083B - 一种基于模糊控制的光伏agc&avc控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于模糊控制的光伏AGC&AVC控制方法及系统，采用有功优先调节的方法，结合模糊控制的方法，建立模糊控制系数库，进行调节；计算馈线下逆变器最优工作区域；馈线下逆变器的有功/无功按照逆变器最优工作区域进行分配。本发明利用有功优先调节的方法去修正有功对电压的影响，利用模糊分区理论对有功‑电压修正系数进行修正，有利于提高电场有功、电压的稳定性，从降低光伏电站内部损耗、达到光伏电站内部网损最小为目的的角度考虑逆变器的有功/电压控制，能够降低电场损耗，提高电能利用率；引入光伏电站逆变器最优区域工作点统计的概念，能够促进逆变器在保证电场稳定的基础上尽可能多的工作在最优工作区域。
Description
技术领域
本发明属于光伏电站电力系统领域，特别是涉及到一种基于模糊控制的光伏AGC&AVC控制方法及系统。
背景技术
光伏电站电力系统自动发电控制(AGC)系统是指接收电力调度中心下发的电场级别的有功调节指令，并根据该指令协调控制电场内部有功发生装置的有功大小或设备的投入退出，使监控点的有功值时刻跟随调度下发的有功发电计划曲线。
光伏电站电力系统自动电压控制(AVC)系统是指接收电力调度中心下发的电场级别的电压或无功调节指令，并根据该指令协调控制电场内部无功发生装置的无功大小或设备的投入退出，使监控点的无功或电压值时刻跟随调度下发的无功或电压计划曲线。
现有光伏电站AGC/AVC系统都是完全各自独立的闭环系统，各自有不同的控制方式，控制目标和实现方法。但实际上电网负荷和电网有功都是时刻变化的，无功智能被动跟踪变化控制，不能够实时跟踪变化，特别是当电场接近符合的地区，不能忽略有功和无功两者之间的可协调性，强行认为两者之间没有耦合性会忽略有功变化对电压的影响。并没有加入电场有功无功协调控制的考虑，以AGC/AVC现在单独调控指令的调节方式，会造成电站附近有功与电压的交叉影响，不利于电站和局部电网的安全运行。
同时传统的AGC/AVC调控并未考虑光伏发电逆变器的最优工作状态，仅仅是从监控点的角度去考虑电场总的有功无功是否达到并网点所下发指令，并不考虑电站内部的经济性、安全性。
当光伏电站接近负荷区域时，由于外部电压和外部负荷是时刻变化的，电站需要保持调度的计划曲线，需要具有较强的抗干扰能力。由于有功无功存在一定的耦合关系，AGC/AVC系统各自单独调控不仅不能加强各自系统的抗干扰能力，反而会增加系统的波动性，影响电场的稳定性。
发明内容
针对传统光伏电站AGC调控与AVC调控相对独立，不能协调控制电场有功、无功的弊端，本发明提出一种基于模糊控制的光伏AGC&AVC控制方法及系统，实现光伏电站内部有功和无功的协调控制，在增强电站AGC/AVC系统的稳定性的同时，提高电场设备的状态最优率，即所有设备工作在最优状态下的比例，提升电网的安全性和抗干扰能力，同时增加电场的经济性和可靠性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于模糊控制的光伏AGC&AVC控制方法，包括：
(1)采用有功优先调节的方法，结合模糊控制的方法，建立模糊控制系数库，进行调节；
(2)计算馈线下逆变器最优工作区域；
(3)馈线下逆变器的有功/无功按照逆变器最优工作区域进行分配。
进一步的，步骤(1)的具体方法为：
(101)将电场有功分为若干区域，并将目标有功的变化量分级，形成与有功区域及变化量相对应的模糊控制系数库；
(102)当有功当前值与变化量确定后可以根据修正系数对电压命令值进行预先修正，预防电压的少调或者过调，计算式如下：
其中Vt为电场电压目标值，为修正系数，为模糊控制系数库中的系数；
(103)模糊控制系数库中的系数根据电场实际运行情况进行自适应的修改。
更进一步的，所述步骤(103)的系数自适应修改方法为：
(103a)当有功初始值属于确定范围时根据有功变化率导致的电压变化值修改对应的系数值：
式中等于模糊控制系数库的原系数值，为有功变化造成的电压变化值；
(103b)当有功初始值属于两个范围时，根据隶属度函数将有功变化造成的电压变化值分别更新到两个系数上，方法如下：
隶属度函数在两个范围内作为线性函数处理，
隶属度值为和
所以：
进一步的，步骤(2)所述馈线下逆变器最优工作区域的计算方法为：
将馈线端电压为近似作为该条馈线下所有逆变器逆变器输出端电压；该馈线所属逆变器无功调节后，该条馈线电压有如下关系：
式中Uinow为馈线端当前电压，Qinow为馈线端当前无功，即馈线所属逆变器无功总和，Ri为馈线阻抗，Qt为馈线所属逆变器目标无功总和，Ut为馈线下逆变器按照目标值Qt调节完无功后能够达到的电压值。
更进一步的，电场需调目标总无功为通过多次迭代的方法对无功在各馈线的分配量进行优化。
进一步的，所述步骤(3)的具体方法为：
(301)馈线内逆变器有功最优状态统计：
式中αP为逆变器最优工作点，Ptarget为逆变器的有功目标值，Pt为该馈线下所有逆变器目标有功和，f(Pt)为馈线内逆变器有功最优状态统计量；
(302)馈线内逆变器无功最优状态统计：
式中αQ为逆变器最优工作点，Qtarget为逆变器的无功目标值，Qt为该馈线下所有逆变器目标无功和，f(Qt)为馈线内逆变器无功最优状态统计量；
(303)馈线下逆变器的有功/无功按照步骤(301)和(302)的结果进行分配；
(304)使用多次迭代的方法对有功/无功在各个逆变器间分配进行优化，以实现f(Qt)，f(Pt)最大。
更进一步的，步骤(304)所述馈线分配有功/无功是通过遗传算法或其他搜索算法求得全局最优解。
本发明的另一方面，还提供了一种基于模糊控制的光伏AGC&AVC控制系统，包括：
有功优先调节模块，用于采用有功优先调节的方法，结合模糊控制的方法，建立模糊控制系数库，进行调节；
最优区域计算模块，用于计算馈线下逆变器最优工作区域；
分配模块，用于馈线下逆变器的有功/无功按照逆变器最优工作区域进行分配。
进一步的，所述有功优先调节模块包括：
模糊控制系数库单元，用于将电场有功分为若干区域，并将目标有功的变化量分级，形成与有功区域及变化量相对应的模糊控制系数库；
预修正单元，用于当有功当前值与变化量确定后可以根据修正系数对电压命令之进行预先修正，预防电压的少调或者过调；
自适应修改单元，用于模糊控制系数库中的系数根据电场实际运行情况进行自适应的修改。
进一步的，所述分配模块包括：
有功最优状态统计单元，用于进行馈线内逆变器有功最优状态统计；
无功最优状态统计单元，用于进行馈线内逆变器无功最优状态统计：
分配单元，用于馈线下逆变器的有功/无功按照有功最优状态统计单元和无功最优状态统计单元的结果进行分配；
优化单元，用于使用多次迭代的方法对有功/无功在各个逆变器间分配进行优化。
相对于现有技术，本发明所述一种基于模糊控制的光伏AGC&AVC控制方法及系统的有益效果为：
(1)利用有功优先调节的方法去修正有功对电压的影响，同时根据有功实际对电压造成的影响利用模糊分区理论对有功-电压修正系数进行修正。有利于提高电场有功、电压的稳定性。
(2)在保证电场有功无功稳定的基础上，从降低光伏电站内部损耗、达到光伏电站内部网损最小为目的的角度考虑逆变器的有功/电压控制，能够降低电场损耗，提高电能利用率。
(3)引入光伏电站逆变器最优区域工作点统计的概念，能够促进逆变器在保证电场稳定的基础上尽可能多的工作在最优工作区域。
附图说明
图1是本发明实施例的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1流程示意图所示，可以看出，本发明是基于模糊控制理论的光伏电站AGC/AVC控制方法，利用站内有功优先调节并结合模糊控制用于电站内部AGC&AVC协调控制之中，加入逆变器最优工作状态最优点的选择，本发明控制算法的优化目标为光伏电站内部网损最小。
一、首先说明模糊控制部分：
由于电网外在负荷存在不规则波动，以及有功-电压的相互干扰，设备运行状态差异的影响导致想要通过传统的跟踪调节方法不能够满足电场有功、电压稳定性的需要。
所以要通过有功优先调节去修正有功对电压的影响，由于电场有功对无功的影响较难量化，所以这里结合模糊控制的方法以及健全的系数库能够统一协调光伏电站的AGC&AVC调控，提高电站有功和电压的抗外部扰动的能力。
模糊控制方法是将电场有功分为五个区域并结合目标有功的变化量进行模糊化处理，以此为基础近似推算有功对电压的影响级别，用以修正电场电压的调节量。
电场投运逆变器容量为Pc将电场有功分为0-0.25Pc,0.15Pc-0.45Pc,0.35Pc-0.65Pc,0.55Pc-0.85Pc,0.75Pc-Pc五个区域；
电场有功单次需调变化量为VP，按照分为0.2Pc、0.4Pc、0.6Pc、0.8Pc、1.0Pc五个变化量的分级，形成以下系数表：
| 0-0.25P<sub>c</sub> | 0.15P<sub>c</sub>-0.45P<sub>c</sub> | 0.35P<sub>c</sub>-0.65P<sub>c</sub> | 0.55P<sub>c</sub>-0.85P<sub>c</sub> | 0.75P<sub>c</sub>-P<sub>c</sub> | |
| ±0.2P<sub>c</sub> | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 0.1 |
| ±0.4P<sub>c</sub> | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 | 0.2 |
| ±0.6P<sub>c</sub> | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| ±0.8P<sub>c</sub> | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 | 0.4 |
| ±1.0P<sub>c</sub> | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 |
表中系数为有功变化对无功的影响系数，当有功变化率为正则，系数为正；有功变化率为负则系数为负。
当有功当前值与变化量确定后可以根据表中系数对电压命令之进行预先修正，预防电压的少调或者过调。计算式如下：
其中Vt为电场电压目标值，为修正系数，为系数表中的系数。
系数的调整：由于表中初始化参数并不能完全适用于所有电站，所以该系数需要根据电场实际运行情况进行自适应的修改，方法如下：
当光伏电站电压符合要求不需要调整，系统有功需要调节，则单独调节有功，同时认为有功调节这个短时间内电压可近似处理为仅受电场有功变化干扰。
可以将有功变化前后进行模糊化处理，反向修正系数。
当有功初始值属于确定范围时根据有功变化率导致的电压变化值修改对应的系数值。
修改方法为：
式中等于系统中原来系数表存储的系数定值，为有功变化造成的电压变化值
当有功初始值属于两个范围时，根据隶属度函数将分别更新到两个修正系数上，方法如下：隶属度函数在两个范围内作为线性函数处理，
隶属度值为和
所以：
二、其次说明一下如何达到电场整体网损最小化，参见下面公式：
PSloss＝PLloss+PHloss
其中，Ri为光伏电站馈线阻抗，V1表示电场站内所有线路汇集点，即主变低压侧汇集点电压。Vi＝光伏电站各逆变器电路汇集点，即馈线端电压，θi＝等于两个节点之间电压相位角差值。V3表示电场主变高压侧电压值，V4表示调度监测点电压值。PLloss表示电场主变低压侧网损，PHloss表示电场主变高压侧到调度监测点网损，PSloss表示电场整体网损。
三、对于逆变器最优工作区域的说明：
光伏电站一般将若干逆变器的有功输出线就近汇集为一根馈线，这里以馈线端电压为近似作为该条馈线下所有逆变器逆变器输出端电压。
馈线所属逆变器无功调节后，该条馈线电压有如下关系：
式中Uinow为馈线端当前电压，Qinow为馈线端当前无功，即馈线所属逆变器无功总和，Ri为馈线阻抗，Qt为馈线所属逆变器目标无功总和，Ut为馈线下逆变器按照目标值Qt调节完无功后能够达到的电压值。
电场需调目标总无功为这里通过多次迭代的方法对无功在各馈线的分配量进行优化。
四、最后说明馈线内逆变器有功/无功分配:
馈线下逆变器的有功/无功按照逆变器最优工作率进行分配，即工作在最优工作状态下的逆变器设备比例最高，因此这里引入设备状态分数的概念，逆变器无功设备服从以与最优工作点的无公差值为输入，以最优工作点为中心的正态分布。
则馈线下所属目标有功的最优区域工作点统计函数为
式中αP为逆变器最优工作点，Ptarget为逆变器的有功目标值，Pt为该馈线下所有逆变器目标有功和，f(Pt)为馈线内逆变器有功最优状态统计量。
馈线下所属目标无功的最优区域工作点统计函数为
式中αQ为逆变器最优工作点，Qtarget为逆变器的无功目标值，Qt为该馈线下所有逆变器目标无功和，f(Qt)为馈线内逆变器无功最优状态统计量。
系统同样多次迭代的方法对有功/无功在个逆变器间分配进行优化。以实现有f(Qt)，f(Pt)最大的目的，或者求解逆变器有功无功可以通过遗传算法或其他搜索算法求的全局最优解。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和实施方案等信息，但是本发明不受上述实施过程的限制，在不脱离发明精神和范围的前提下，本发明还可以有各种变化和改进。因此，除非这种变化和改进脱离了本发明的范围，它们应该被看作包含在本发明中。
Claims (8)
1.一种基于模糊控制的光伏AGC&AVC控制方法，其特征在于，包括：
(1)采用有功优先调节的方法，结合模糊控制的方法，建立模糊控制系数库，进行调节；
(2)计算馈线下逆变器最优工作区域；
(3)馈线下逆变器的有功/无功按照逆变器最优工作区域进行分配；
步骤(1)的具体方法为：
(101)将电场有功分为若干区域，并将目标有功的变化量分级，形成与有功区域及变化量相对应的模糊控制系数库；
(102)当有功当前值与变化量确定后可以根据修正系数对电压命令值进行预先修正，预防电压的少调或者过调，计算式如下：
其中Vt为电场电压目标值，为修正系数，为模糊控制系数库中的系数；Vtc为电场电压修正值；
(103)模糊控制系数库中的系数根据电场实际运行情况进行自适应的修改。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(103)的系数自适应修改方法为：
(103a)当有功初始值属于确定范围时根据有功变化率导致的电压变化值修改对应的系数值：
式中等于模糊控制系数库的原系数值，为有功变化造成的电压变化值；
(103b)当有功初始值属于两个范围时，根据隶属度函数将有功变化造成的电压变化值分别更新到两个系数上，方法如下：
隶属度函数在两个范围内作为线性函数处理，
隶属度值为和
所以：
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，步骤(2)所述馈线下逆变器最优工作区域的计算方法为：
将馈线端电压为近似作为该条馈线下所有逆变器输出端电压；该馈线所属逆变器无功调节后，该条馈线电压有如下关系：
式中Uinow为馈线端当前电压，Qinow为馈线端当前无功，即馈线所属逆变器无功总和，Ri为馈线阻抗，Qt为馈线所属逆变器目标无功总和，Ut为馈线下逆变器按照目标值Qt调节完无功后能够达到的电压值。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，电场需调目标总无功为通过多次迭代的方法对无功在各馈线的分配量进行优化。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体方法为：
(301)馈线内逆变器有功最优状态统计：
式中αP为逆变器最优工作点，Ptarget为逆变器的有功目标值，Pt为该馈线下所有逆变器目标有功和，f(Pt)为馈线内逆变器有功最优状态统计量；
(302)馈线内逆变器无功最优状态统计：
式中αQ为逆变器最优工作点，Qtarget为逆变器的无功目标值，Qt为该馈线下所有逆变器目标无功和，f(Qt)为馈线内逆变器无功最优状态统计量；
(303)馈线下逆变器的有功/无功按照步骤(301)和(302)的结果进行分配；
(304)使用多次迭代的方法对有功/无功在各个逆变器间分配进行优化，以实现f(Qt)，f(Pt)最大。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，步骤(304)所述馈线分配有功/无功是通过遗传算法或其他搜索算法求得全局最优解。
7.一种基于模糊控制的光伏AGC&AVC控制系统，其特征在于，包括：
有功优先调节模块，用于采用有功优先调节的方法，结合模糊控制的方法，建立模糊控制系数库，进行调节；
最优区域计算模块，用于计算馈线下逆变器最优工作区域；
分配模块，用于馈线下逆变器的有功/无功按照逆变器最优工作区域进行分配；
所述有功优先调节模块包括：
模糊控制系数库单元，用于将电场有功分为若干区域，并将目标有功的变化量分级，形成与有功区域及变化量相对应的模糊控制系数库；
预修正单元，用于当有功当前值与变化量确定后可以根据修正系数对电压命令之进行预先修正，预防电压的少调或者过调；
自适应修改单元，用于模糊控制系数库中的系数根据电场实际运行情况进行自适应的修改。
8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述分配模块包括：
有功最优状态统计单元，用于进行馈线内逆变器有功最优状态统计；
无功最优状态统计单元，用于进行馈线内逆变器无功最优状态统计：
分配单元，用于馈线下逆变器的有功/无功按照有功最优状态统计单元和无功最优状态统计单元的结果进行分配；
优化单元，用于使用多次迭代的方法对有功/无功在各个逆变器间分配进行优化。
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