CN107017659B - 基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法 - Google Patents

基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种分布式光伏电站区域保护系统及柔性发电控制方法，所述系统连接在光伏电站与变压器之间，包括借助电力载波通讯的光伏采集/控制器、低压综合配电箱和中心控制装置；所述光伏采集/控制器与光伏电站逆变器连接，用于采集逆变器参数传送至中心控制装置、接收中心控制装置命令、控制逆变器的当前发电功率；所述低压综合配电箱与变压器连接，用于采集变压器运行参数传送至中心控制装置。上述技术方案中通过分布式光伏电站区域保护系统实时监测变压器和并网光伏电站的当前功率，判断变压器是否处于满发状态，当未处于满发状态时，通过向上调整已并网光伏电站的当前发电功率，尽可能使光伏电站达到满发状态，使变压器大部分时间达到最大消纳能力，提高了发电效率变压器的发电容量。

Description

基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法
技术领域
本发明属于光伏发电领域，涉及一种分布式光伏电站，尤其是一种分布式光伏电站区域保护系统及柔性发电的控制方法。
背景技术
随着煤炭、石油等传统化石能源日益枯竭，以及环境污染也日趋严重，以光伏发电为代表的新能源开发应用成为政府引导的产业方向。当前国家鼓励各类电力用户按照“自发自用，余量上网，电网调节”的方式建设分布式光伏发电系统。
由于变压器容量有限，导致并网消纳发电功率有限，目前多数地区是根据变压器容量和光伏电站满发容量的比值，来决定此区域可安装的光伏电站数量，但实际应用中，在运光伏电站常有脱网情况，且大部分光照时间不能满发，从而导致变压器大部分时间无法达到最大消纳能力，大大降低了发电效率变压器的发电容量。
随着区域范围内（如一个村）的分布式光伏发电数量的增长，其发电功率超出了上级变压器的容量限制或并网电压偏差过大，该情况下该区域内的所有光伏电站应立即脱网，造成了大面积弃光的现象。由于分布式光伏电站相对分散，缺乏有效的综合管理、控制手段，一直是一个难以解决的重要问题，决定了分布式光伏是否能够合理有序的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，其通过电力载波通信技术构建了区域保护系统，用于实时采集已并网光伏电站和变压器的运行参数，并根据采集的参数实时计算变压器的可调有功功率，以对已并网光伏电站的当前发电功率及时进行调整，解决了分布式光伏发电系统发电对电网造成冲击和弃光等技术问题，不仅保护了大电网的运行安全问题，而且减少了业主弃光停止发电的损失，提高了用户收益率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，所述区域保护系统包括借助电力载波通讯的光伏采集/控制器、低压综合配电箱和中心控制装置，所述光伏采集/控制器与光伏电站的逆变器和光伏并网接入箱连接，所述低压综合配电箱与变压器连接，所述中心控制装置的相应输入端接低压综合配电箱的输出端，并与光伏采集/控制器双向连接；所述方法包括以下步骤：
A、中心控制装置接收已并网光伏电站和变压器的运行参数，计算当前变压器的可调有功功率，，其中Pmax表示变压器的最大功率，表示已并网光伏电站的当前功率之和，，j=1，2……N表示已并网光伏电站序列，Pj表示第j个已并网光伏电站的当前发电功率；
B、中心控制装置根据的正负值判断已并网光伏电站发电功率的调整方向，当时，执行步骤B1，当时，执行步骤B2，
B1、按照公式（1）的分配原则计算每个已并网光伏电站的目标调节功率，
(1)，
其中，，表示已并网光伏电站的目标调节功率总量，表示第j个已并网光伏电站的最大剩余可调有功功率，，表示第j个已并网光伏电站的最大可调有功功率，表示拟调整光伏电站的最大剩余可调有功功率总量，；
执行步骤C；
B2、按照公式（2）计算每个已并网光伏电站的目标调节功率，
（2）
式（2）中，，表示第j个已并网光伏电站的最小可调有功功率；
执行步骤C；
步骤C、中心控制装置向已并网光伏电站发送以为当前发电功率的命令。
优选的，本发明基于上述系统还提供了过死区的情况下，其柔性发电的控制方法，具体包括以下步骤：
A、中心控制装置接收已并网光伏电站和变压器的运行参数，计算当前变压器的可调有功功率，，其中Pmax表示变压器的最大功率，表示已并网光伏电站的当前功率之和，，j=1，2……N表示已并网光伏电站序列，Pj表示第j个已并网光伏电站的当前发电功率；
B、将每个已并网光伏电站进行过死区处理，具体步骤如下：
B1、设定j=1，，，表示已并网光伏电站的目标调节功率总量，表示已并网光伏电站的最大剩余可调有功功率，初始值为0，
B2、判断j是否大于N，当大于N时，跳转至步骤C，否则跳转至步骤B3，
B3、判断目标调节功率总量是否大于第j个并网运行逆变器的设计死区Pj死区，当大于时，跳转至步骤B4，否则跳转至步骤B6，
B4、判断当前变压器的可调有功功率是否大于0，如果大于0，则
Pjtarget = Pj + Pj死区 （3）
Pjchgmax=max_Pj-Pjtarge （4）
否则
Pjtarget = Pj - Pj死区 （5）
Pjchgmax= Pjtarget –min_Pj （6）
跳转至步骤B5，
上式中，Pjchgmax、Pjtarget、max_Pj和min_Pj分别表示第j个并网光伏电站最大剩余可调有功功率、目标调节功率、最大可调有功功率和最小可调有功功率；
B5、Pchange = Pchange - Pj死区 （7）
Pchgmax= Pchgmax+ Pjchgmax （8），
B6、将j+1，跳转至步骤B2；
C、按照等比分配的原则计算过死区的已并网光伏电站的目标调节有功功率，具体步骤如下：
C1、令j=1，
C2、判断j是否大于N，如果大于，跳转至步骤D，否则跳转至步骤C3，
C3、判断第j个逆变器是否参与过死区处理，如果参与过死区处理，跳转至步骤C4，否则跳转至步骤C5，
C4、判断是否大于0，当大于0，则
（9）
当小于0时，则
；
C5、将j+1，跳转至步骤C2；
D、中心控制装置向已并网光伏电站发送步骤C计算的目标调节功率作为当前发电功率。
上述技术方案中，中心控制装置通过电力载波通道发送广播信息，各个光伏电站的光伏采集/控制器收到广播地址后，即插即用与中心控制装置建立通信通道，实时发送光伏电站的运行数据（包括功率、电压、电流）等，接收中心控制装置下发的控制命令（发电功率控制命令、并网控制命令等）。中心控制装置还实时采集变压器变压前/后数据（功率、电压、电流等）。结合实时数据信息以及并网电站节点状态，实现并网时序控制、合理分配光伏电站的输出功率。
分布式光伏电站的发电功率受光照强度、运行温度等因素影响，在局部地区，每个光伏电站发电效率可能不同，某个或某些光伏电站的发电功率可能出现下降，或者某个光伏电站故障，此时变压器的可调有功功率大于0，其他并网光伏电站的当前发电功率可以向上调整，以使变压器处于满发状态；但是也存在某些光伏电站不听指增加输出功率的情况，此时小于0，已并网光伏电站的当前发电功率需要向下调整，以防对大电网造成冲击，对变压器超负荷运转。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：（1）本发明通过分布式光伏电站区域保护系统实时监测变压器和并网光伏电站的当前功率，判断变压器是否处于满发状态，当未处于满发状态时，通过向上调整已并网光伏电站的当前发电功率，尽可能使光伏电站达到满发状态，使变压器大部分时间达到最大消纳能力，提高了发电效率变压器的发电容量；（2）当已并网光伏电子当前发电功率超出变压器最大功率时，将其当前发电功率向下调整，防止新并网光伏电站对电网造成冲击或电压瞬间升高，保障了大电网的运行安全问题，还减少了业主弃光停止发电的损失，提高了用户收益率；（3）通过等比算法，得到各已并网逆变器的有功功率，从而在整个区域中，尽可能保证各光伏电站投资收益比的最大化。
附图说明
图1是本发明并网保护系统的连接示意图；
图2是本发明第3实施例步骤B1~B6的流程图。
具体实施方式
第1实施例
参见图1，光伏电站包括太阳能组件、与太阳能组件连接的光伏逆变器、以及与所述光伏逆变器连接的光伏并网接入箱，光伏并网接入箱将光伏电站所发电量按照逆变器调节量上传至变压器，经变压器调压后上传至电网。由于变压器容量有限，导致并网消纳发电功率有限，目前多数地区是根据变压器容量和光伏电站满发容量的比值，来决定此区域可安装的光伏电站数量，但实际应用中，在运光伏电站常有脱网情况，且大部分光照时间不能满发，从而导致变压器大部分时间无法达到最大消纳能力，大大降低了发电效率变压器的发电容量。为此，现在技术中，光伏电站的数量大于根据满发容量确定的数目，这样，当每个光伏电站处于满发时，或者高于一定数值时，会超出变压器的发电功率，还可能存在多个光伏电站同时并网超变压器容量，或者电压瞬间升高对大电网造成瞬间电压冲击。为了解决上述问题构建了分布式光伏电站区域并网保护系统，其连接在光伏电站与变压器之间，包括借助电力载波通讯光伏采集/控制器、低压综合配电箱和中心控制装置。
所述光伏采集/控制器与分布式光伏电站的逆变器和光伏并网接入箱通讯，其可以设置在光伏电站端，用于采集光伏电站的相关参数，包括对应光伏电站的功率、电压和电流等，其中的功率包括最大可调有功功率、最小可调有功功率和当前发电功率，将采集的参数传送至中心控制装置，并接收中心控制装置下发的控制命令，如发电功率的控制命令、是否并网控制的命令，将控制命令发送给对应的逆变器，从而控制逆变器的当前发电功率。
所述低压综合配电箱与所述变压器连接，用于采集变压器的发电容量和变压器的当前发电功率、传送给中心控制装置。
所述中心控制装置是保护系统的核心部件，其连接在所述光伏采集/控制器和所述低压综合配电箱之间，其相应输入端分别接光伏采集/控制器和低压综合配电箱的输出端，中心控制装置的控制端接所述光伏采集/控制器的输入端。用于接收光伏采集/控制器和所述低压综合配电箱的参数，进行逻辑运算，再将命令传送给光伏采集/控制器。
第1实施例
中心控制装置柔性发电的方法如下：
A、中心控制装置接收已并网光伏电站和变压器的运行参数，计算当前变压器的可调有功功率，，其中Pmax表示变压器的最大功率，表示已并网光伏电站的当前功率之和，，j=1，2……N表示已并网光伏电站序列，Pj表示第j个已并网光伏电站的当前发电功率；，其中P表示变压器的发电容量，当前变压器的可调有功功率的大小及正负决定了已并网光伏电站的当前发电功率是向上调整还是向下调整，以及调整功率调节量。
当时，执行步骤B1，当时，执行步骤B2，
B1、按照公式（1）的分配原则计算每个已并网光伏电站的目标调节功率，
(1)，
其中，，表示已并网光伏电站的目标调节功率总量，表示第j个已并网光伏电站的最大剩余可调有功功率，，表示第j个已并网光伏电站的最大可调有功功率，表示拟调整光伏电站的最大剩余可调有功功率总量，；
执行步骤C；
B2、按照公式（2）计算每个已并网光伏电站的目标调节功率，
（2）
式（2）中，，表示第j个已并网光伏电站的最小可调有功功率；
执行步骤C；
步骤C、中心控制装置向已并网光伏电站发送以为当前发电功率的命令。
第2实施例
与第1实施例不同的是：
步骤B1包括以下步骤：
将已并网光伏电站的当前发电功率向上调节，总调节量，
B1-1：将所有已并网的光伏电站加入拟上调发电功率的光伏发电站集合，集合中共有N个光伏电站，
B1-2：j=1，
B1-3：按照以下公式计算第j个拟上调发电功率光伏发电站的目标调节功率，
(1)，
如果，则，，N=N-1，将该光伏电站从拟上调发电功率的光伏发电站集合中去除，转步骤B1-2；否则，进入步骤B1-4，
B1-4：j=j+1，若j>N，执行步骤C，否则，转步骤B1-3。
本实施例的核心是：如果，则将调整为max_Pj，并将其从拟上调发电功率的光伏电站中去除，剩余的光伏电站按比例分配剩余的。为了保证调整的安全性，使，其中P表示变压器的发电容量。
第3实施例
与第1实施例不同的是需要进行过死区处理，死区是指控制量(输入量)在小范围变化时，实际输出量不一定变化，这个范围叫死区。过死区的目的是为了更容易计算目标功率。如果只进行等比例计算，得到的目标变化功率可能小于死区，而导致调节不成功。具体的方法为：
A、中心控制装置接收已并网光伏电站和变压器的运行参数，计算当前变压器的可调有功功率，，其中Pmax表示变压器的最大功率，表示已并网光伏电站的当前功率之和，，j=1，2……N表示已并网光伏电站序列，Pj表示第j个已并网光伏电站的当前发电功率；
该步骤中，将已并网光伏电站按照最大剩余可调有功功率的数值大小降序排列，
当时， （10），
当时， （11）。
在其它实施例中，还可以将将已并网光伏电站按照当前发电功率Pj占最大可调有功功率max_Pj的比例Xj大小进行排序，当时，按照升序排列，优先调整当前发电功率比例较低的光伏电站，当时，按Xj大小降序排列，优先将当前发电功率比例较高的光伏电站向下调整。
B、将每个已并网光伏电站进行过死区处理，具体步骤如下：
B1、设定j=1，，，表示已并网光伏电站的目标调节功率总量，表示已并网光伏电站的最大剩余可调有功功率，初始值为0，
B2、判断j是否大于N，当大于N时，跳转至步骤C，否则跳转至步骤B3，
B3、判断目标调节功率总量是否大于第j个并网运行逆变器的设计死区Pj死区，当大于时，跳转至步骤B4，否则跳转至步骤B6，
B4、判断当前变压器的可调有功功率是否大于0，如果大于0，则
Pjtarget = Pj + Pj死区 （3）
Pjchgmax=max_Pj-Pjtarge （4）
否则
Pjtarget = Pj - Pj死区 （5）
Pjchgmax= Pjtarget –min_Pj （6）
跳转至步骤B5，
上式中，Pjchgmax、Pjtarget、max_Pj和min_Pj分别表示第j个并网光伏电站最大剩余可调有功功率、目标调节功率、最大可调有功功率和最小可调有功功率；
B5、Pchange = Pchange - Pj死区 （7）
Pchgmax= Pchgmax+ Pjchgmax （8），
B6、将j+1，跳转至步骤B2。
该步骤的核心是对已并网光伏电站进行过死区处理，并计算过死区处理后，目标调节功率总量还剩余多少可供已并网光伏电站按比例分配。
C、按照等比分配的原则计算过死区的已并网光伏电站的目标调节有功功率，具体步骤如下：
C1、令j=1，
C2、判断j是否大于N，如果大于，跳转至步骤D，否则跳转至步骤C3，
C3、判断第j个逆变器是否参与过死区处理，如果参与过死区处理，跳转至步骤C4，否则跳转至步骤C5，
C4、判断是否大于0，当大于0，则
（9）
当小于0时，则
；
C5、将j+1，跳转至步骤C2；
D、中心控制装置向已并网光伏电站发送以发送步骤C计算的目标调节功率作为当前发电功率。本实施例中，，其中P表示变压器的发电容量，表示已并网光伏电站设计死区的最大值。

Claims (7)

1.一种基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，该系统包括借助电力载波通讯的光伏采集/控制器、低压综合配电箱和中心控制装置，所述光伏采集/控制器与光伏电站的逆变器和光伏并网接入箱连接，所述低压综合配电箱与变压器连接，所述中心控制装置的相应输入端接低压综合配电箱的输出端，并与光伏采集/控制器双向连接；其特征在于所述方法包括以下步骤：
A、中心控制装置接收已并网光伏电站和变压器的参数，计算当前变压器的可调有功功率△Pb，△Pb=Pmax-Zp，其中Pmax 表示变压器的最大功率，Zp表示已并网光伏电站的当前功率之和，，j=1，2……N表示已并网光伏电站序列，Pj表示第j 个已并网光伏电站的当前发电功率；
B、中心控制装置根据△Pb 的正负值判断已并网光伏电站发电功率的调整方向，当△Pb＞0时，执行步骤B1，当△Pb＜0 时，执行步骤B2，
B1、按照公式（1）的分配原则计算每个已并网光伏电站的目标调节功率Pjtarget’，
Pjtarget’=Pj+Pchange*(Pjchgmax’/Pchgmax’) (1)，
其中，Pchange =|ΔPb |， Pchange表示已并网光伏电站的目标调节功率总量，Pjchgmax’表示第j个已并网光伏电站的最大剩余可调有功功率，Pjchgmax’=max_Pj-Pj，max_Pj 表示第j 个已并网光伏电站的最大可调有功功率，Pchgmax’表示拟调整光伏电站的最大剩余可调有功功率总量， ；
执行步骤C；
B2、按照公式（2）计算每个已并网光伏电站的目标调节功率Pjtarget’，
Pjtarget’=Pj-Pchange*(Pjchgmax’/Pchgmax’) （2）
式（2）中，Pjchgmax’=Pj-min_Pj，min_Pj 表示第j 个已并网光伏电站的最小可调有功功率；
执行步骤C；
步骤C、中心控制装置向已并网光伏电站发送以Pjtarget’为当前发电功率的命令。
2.根据权利要求1 所述的基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，其特征在于步骤B1 包括以下步骤：
将已并网光伏电站的当前发电功率向上调节，总调节量Pchange =|ΔPb |，
B1-1：将所有已并网的光伏电站加入拟上调发电功率的光伏电站集合，集合中共有N个光伏电站，
B1-2：j=1，
B1-3：按照以下公式计算第j 个拟上调发电功率光伏电站的目标调节功率Pjtarget’，
Pjtarget’=Pj+Pchange*(Pjchgmax’/Pchgmax’) (1)，
如果Pjtarget’＞max_Pj，则 Pjtarget’=max_Pj，Pchange = Pchange -（max_Pj-Pj），N=N-1，将该光伏电站从拟上调发电功率的光伏电站集合中去除，转步骤B1-2；否则，进入步骤B1-4，
B1-4：j=j+1，若j>N，执行步骤C，否则，转步骤B1-3。
3.根据权利要求1 所述的基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，其特征在于步骤A 中Pmax=P*25%*95%，其中P 表示变压器的发电容量。
4.根据权利要求2 所述的基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，其特征在于步骤A 中，当ΔPb>0 时，将已并网光伏电站按照当前发电功率Pj 占最大可调有功功率max_Pj的比例Xj 大小升序排列，当ΔPb<0 时，按Xj大小降序排列，
Xj=Pj/max_Pj （12）。
5.根据权利要求2 所述的基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，其特征在于步骤A 中，Pmax=P*25%-max（Pj 死区），其中P 表示变压器的发电容量，max（Pj 死区）表示已并网光伏电站设计死区的最大值。
6.一种基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，基于权利要求1 所述的区域保护系统实现，其特征在于所述方法包括以下步骤：
A、中心控制装置接收已并网光伏电站和变压器的运行参数，计算当前变压器的可调有功功率ΔPb，ΔPb=Pmax-Zp，其中Pmax 表示变压器的最大功率，Zp 表示已并网光伏电站的当前功率之和， ，j=1，2……N 表示已并网光伏电站序列，Pj 表示第j 个已并网光伏电站的当前发电功率；
B、将每个已并网光伏电站进行过死区处理，具体步骤如下：
B1、设定j=1，Pchgmax=0，Pchange=|ΔPb|，Pchange 表示已并网光伏电站的目标调节功率总量，Pchgmax 表示已并网光伏电站的最大剩余可调有功功率，初始值为0，
B2、判断j 是否大于N，当大于N 时，跳转至步骤C，否则跳转至步骤B3，
B3、判断目标调节功率总量Pchange 是否大于第j 个并网运行逆变器的设计死区Pj死区，当大于时，跳转至步骤B4，否则跳转至步骤B6，
B4、判断当前变压器的可调有功功率ΔPb是否大于0，如果大于0，则
Pjtarget = Pj+ Pj死区 （3）
Pjchgmax=max_Pj-Pjtarge （4）
否则
Pjtarget = Pj- Pj死区 （5）
Pjchgmax= Pjtarget –min_Pj （6）
跳转至步骤B5，
上式中，Pjchgmax、Pjtarget、max_Pj和min_Pj分别表示第j 个并网光伏电站最大剩余可调有功功率、目标调节功率、最大可调有功功率和最小可调有功功率；
B5、Pchange= Pchange - Pj死区 （7）
Pchgmax= Pchgmax+ Pjchgmax （8），
B6、将j+1，跳转至步骤B2；
C、按照等比分配的原则计算过死区的已并网光伏电站的目标调节有功功率Pjtarget，具体步骤如下：
C1、令j=1，
C2、判断j 是否大于N，如果大于，跳转至步骤D，否则跳转至步骤C3，
C3、判断第j 个逆变器是否参与过死区处理，如果参与过死区处理，跳转至步骤C4，否则跳转至步骤C5，
C4、判断ΔPb 是否大于0，当大于0，则
Pjtarget=Pjtarget+Pchange*（Pjchgmax/Pchgmax） （9）
当小于0 时，则
Pjtarget=Pjtarget-Pchange*（Pjchgmax/Pchgmax）；
C5、将j+1，跳转至步骤C2；
D、中心控制装置向已并网光伏电站发送步骤C 计算的目标调节功率Pjtarget 作为当前发电功率。
7.根据权利要求6 所述的基于分布式光伏电站区域保护系统进行柔性发电的方法，其特征
在于步骤A 中将已并网光伏电站按照最大剩余可调有功功率Pjchgmax’的数值大小降序排列，
当ΔPb>0 时，Pjchgmax’=max_Pj-Pj （10），
当ΔPb<0 时，Pjchgmax’= Pj -min_Pj （11）。
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