CN107017660B - 分布式光伏电站区域并网保护系统及并网控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式光伏电站区域并网保护系统及并网控制方法，所述系统连接在光伏电站与变压器之间，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连接，用于采集逆变器参数、将采集的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，用于采集变压器参数、将采集的参数传送至中心控制装置。中心控制装置实时采集信息，计算变压器剩余功率，并根据请求光伏电站的当前发电功率和最小可调有功功率来确定并网要求，解决了区域性分布式光伏发电系统发电并网产生的电网冲击、弃光等问题，保护大电网的运行安全问题。

Description

分布式光伏电站区域并网保护系统及并网控制方法
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并网保护系统及并网控制方法。
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。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。尤其是，当分布式光伏同时并网时，产生瞬间电压升高，对大电网造成瞬间电压冲击，存在严重的安全隐患。
分布式光伏电站相对分散，缺乏有效的综合管理、控制手段，针对并网问题，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分布式光伏电站区域并网保护系统及并网控制方法，其通过电力载波通信技术构建具有控制功能的并网保护系统，拟并网光伏电站均需要向中性控制装置发送并网请求、中心控制装置根据请求并网的时序进行实时判断，以计算是否允许其并网以及并网的功率大小，从而有效解决了区域性分布式光伏发电系统发电并网产生的电网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，提高了用户收益率和发电效率。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种分布式光伏电站区域并网保护系统，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/控制器与光伏电站的逆变器连接和光伏并网接入箱连接，用于采集逆变器参数、将采集的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和光伏并网接入箱是否入网；
所述低压综合配电箱与变压器连接，用于采集变压器参数、将采集的参数传送至中心控制装置；
所述中心控制装置的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。
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发电功率。
基于上述分布式光伏电站区域并网保护系统的控制方法，包括以下步骤：
A、中心控制装置接收拟并网光伏电站的并网请求，记录其光伏采集/控制器采集的最小可调有功功率min_Pi和当前发电功率cur_Pi；
B、计算当前变压器的剩余功率ΔPb，ΔPb＝Pmax-Pm，其中Pmax表示变压器的最大功率，Pm表示变压器的当前功率；
C、根据min_Pi或/和cur_Pi与ΔPb的关系，依次按照下述条件进行比较判断、确定请求并网光伏电站的并网要求：
当cur_Pi≤ΔPb时，中心控制装置向请求并网光伏电站发送允许其以当前发电功率cur_Pi并网的命令，然后跳转至步骤F，
当cur_Pi＞ΔPb≥min_Pi时，中心控制装置向请求并网光伏电站发送允许其以发电功率ΔPb并网的命令，然后跳转至步骤F，
当时，跳转至步骤D，
当时，中心控制装置向请求并网光伏电站发送拒绝其并网的命令，然后跳转至步骤F，
上式中，min_Pj表示第j个已并网光伏电站的最小可调有功功率，j＝1、2……M，M表示已并网光伏电站的数量；
D、将已并网光伏电站的当前发电功率向下调节，总调节量为Pchange，Pchange＝min_Pi-ΔPb，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×Kj (1)
其中，Pj表示第j个已并网光伏电站的当前发电功率，Kj代表第j个已并网光伏电站的分配比例，j＝1、2……M；
E、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，并向请求并网光伏电站发送允许其以发电功率min_Pi并网的命令；
F、结束。
优选的，步骤D中还可以包括过死区步骤，具体方法如下：
D1、将M个已并网光伏电站按照剩余可调量排序，生成逆变器队列，j＝1、2、3……M，
D2、令j＝1，Pchgmax＝0，Ptarget＝Pchange，其中Pchgmax表示已并网光伏电站最大剩余可调有功功率总量，其初始量设为0，
D3、将Ptarget与第j个光伏电站的设计死区Pj死区进行比较，当Ptarget＞Pj死区时，跳转至步骤D4，当Ptarget≤Pj死区时跳转至步骤D6，
D4、按照公式(3)计算第j个已并网光伏电站逆变器过死区后的最大剩余可调有功功率Pjchgmax，
Pjchgmax＝Pj-Pj死区-min_Pj (3)，
D5、按照公式(4)和(5)计算过死区处理后的Ptarget值和Pchgmax值，
Ptarget＝Ptarget-Pj死区 (4)
Pchgmax＝Pchgmax+Pjchgmax (5)，
D6、将j+1，当j≤M时，跳转至步骤D3，当j＞M时，跳转至步骤D7，
D7、j＝1，
D8、判断第j个逆变器是否参与过死区处理，当参与过死区处理，按照公式(6)计算该已并网光伏电站的目标调节功率Pjtarget，未参与过死区处理时，跳转至步骤D9，
D9、将j+1，
D10、判断j是否大于M，当大于时，跳转至步骤E，否则，跳转至步骤D8。
上述技术方案中根据拟并网光伏电站的当前发电功率，将其与变压器的剩余功率进行比较，以确定是否允许其并网及并网的功率大小。
采用上述技术方案产生的有益效果在于：(1)本发明通过并网控制，确定请求并网光伏电站是否能够并网以及并网的功率大小，解决了区域性分布式光伏发电系统发电并网产生的电网冲击、弃光等问题，不仅保护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；(2)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4实施例步骤D1～D6的流程图。
具体实施方式
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。本发明中光伏电站的数量大于根据满发容量确定的数目，这样可能会存在同时并网超容量，或者产生瞬间电压升高，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连接，用于采集逆变器参数、将采集的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和光伏并网接入箱是否入网，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。
中心控制装置在并网控制时的控制逻辑可以设置多个实施例。
第1实施例
本实施例提供一种简单、直接的并网控制方法：
A、中心控制装置接收拟并网光伏采集/控制器的并网请求，采集其最小可调有功功率min_Pi和当前发电功率cur_Pi。作为其能否并网的判断依据。
B、计算当前变压器的剩余功率ΔPb，ΔPb＝Pmax-Pm，其中Pmax表示变压器的最大功率，Pm表示变压器的当前功率。Pmax＝P×25％，其中P表示变压器的发电容量。依据标准《光伏电站接入电网技术规定》(Q/GDW 617-2011)中关于“小型光伏电站总容量原则上不宜超过上一级变压器供电区域内的最大负荷的25％”的规定。Pm由低压综合配电箱采集、传送至中心控制装置。
C、根据min_Pi或/和cur_Pi与ΔPb的关系，依次按照下述条件进行比较判断、确定请求并网光伏电站的并网要求。根据请求并网光伏电站的当前发电功率和变压器的剩余功率进行比较。
当cur_Pi≤ΔPb时，中心控制装置向请求并网光伏电站发送允许其以当前发电功率cur_Pi并网的命令，然后跳转至步骤F；
当cur_Pi＞ΔPb≥min_Pi时，中心控制装置向请求并网光伏电站发送允许其以发电功率ΔPb并网的命令，然后跳转至步骤F；
当时，然后跳转至步骤D，进行已并网功率调节，以使请求并网光伏电站以发电功率min_Pj并网；
当时，中心控制装置向对应的光伏采集/控制器发送拒绝并网的命令，然后跳转至步骤F。即当所有已并网光伏电站以最小可调有功功率运行时，变压器的剩余功率仍然大于请求并网光伏电站的最小可调有功功率，此时，变压器的功率已经不能再允许最小可调有功功率较大的光伏电站并网了。
上式中，min_Pi表示第i个请求并网光伏电站的最小可调有功功率，min_Pj表示第j个已并网光伏电站的最小可调有功功率，j＝1、2……M，M表示已并网光伏电站的数量。
D、将已并网光伏电站的当前发电功率向下调节，总调节量为Pchange，Pchange＝min_Pi-ΔPb，按照公式(1)的等比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×Kj (1)，
其中，Pj表示第j个已并网光伏电站的当前发电功率，Kj代表第j个已并网光伏电站的分配比例，j＝1、2……M；Kj的计算方法为：
其中，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＝Pj-min_Pj，Pchgmax表示拟下调发电功率光伏发电站的最大剩余可调有功功率总量，Pchgmax＝∑Pjchgmax。
该步骤中根据已并网光伏电站最大剩余可调有功功率的比例，共同分配Pchange，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。
E、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，并向请求并网光伏电站发送允许其以发电功率min_Pi并网的命令。
F、结束。
本实施例的调整方法简单，容易控制，可以避免分布式光伏电站同时并网对电网的冲击以及超负荷并网的现象。
第2实施例
与第1实施例不同的是步骤D的调节步骤如下：
将已并网光伏电站的当前发电功率向下调节，总调节量为Pchange，Pchange＝min_Pi-ΔPb，
D-1：将所有已并网的光伏电站加入拟下调发电功率的光伏发电站集合，集合中共有M个光伏电站，
D-2：按照以下公式计算各拟下调发电功率的光伏发电站的分配比例Kj：
D-3：j＝1，
D-4：按照以下公式计算第j个拟下调发电功率光伏发电站的目标调节功率Pjtarget，
Pjtarget＝Pj-Pchange×Kj (1)
如果Pjtarget<min_Pj，则Pjtarget＝Pj，M＝M-1，将该光伏电站从拟下调发电功率的光伏发电站集合中去除，转步骤D-2；否则，进入步骤D-5，
D-5：j＝j+1，若j>M，跳转至步骤E，否则，跳转至步骤D-4。
即如果某个光伏电站按照Pjtarget下调后，小于其最小可调有功功率min_Pj，则不对该站进行调整。
第3实施例
与第1实施例不同的是步骤D的调节步骤如下：
将已并网光伏电站的当前发电功率向下调节，总调节量为Pchange，Pchange＝min_Pi-ΔPb，
D-1：将所有已并网的光伏电站加入拟下调发电功率的光伏发电站集合，集合中共有M个光伏电站，
D-2：按照以下公式计算各拟下调发电功率的光伏发电站的分配比例Kj：
D-3：j＝1，
D-4：按照以下公式计算第j个拟下调发电功率光伏发电站的目标调节功率Pjtarget，
Pjtarget＝Pj-Pchange×Kj
如果Pjtarget<min_Pj，则Pjtarget＝min_Pj，Pchange＝Pchange-(Pj-min_Pj)，M＝M-1，将该光伏电站从拟下调发电功率的光伏发电站集合中去除，转步骤D-2；否则，进入步骤D-5，
D-5：j＝j+1，若j>M，结束步骤D，否则，转步骤D-4。
即如果某个光伏电站按照Pjtarget下调后，小于其最小可调有功功率min_Pj，将其当前发电功率调整为min_Pj，然后将其余的光伏电站按等比原则进行分配。
第4实施例
与第1实施例不同的是，步骤D中还包括过死区的步骤。死区是指控制量(输入量)在小范围变化时，实际输出量可能不变，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。
D1、将已并网光伏电站按照剩余可调量的大小排序，生成逆变器队列，j＝1、2、3……M，所述剩余可调量，既可以是每个已并网光伏电站的最大剩余可调有功功率，也可以是已并网光伏电站当前发电功率与其最大可调有功功率的比例，即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，或者将已并网光伏电站按照当前发电功率占最大可调有功功率的比例Xj升序排列，
其中，
Pjchgmax＝Pj-min_Pj。
D2、令j＝1，Pchgmax＝0，Ptarget＝Pchange，其中Pchgmax表示最大剩余可调有功功率总量。
D3、将Ptarget与第j个光伏电站的设计死区Pj死区进行比较，当Ptarget＞Pj死区时，跳转至步骤D4，当Ptarget≤Pj死区时跳转至步骤D6。
D4、按照公式(3)计算第j个已并网光伏电站逆变器过死区后的最大剩余可调有功功率Pjchgmax，
Pjchgmax＝Pj-Pj死区-min_Pj (3)。
D5、按照公式(4)和(5)过死区处理后的Ptarget值和Pchgmax值，
Ptarget＝Ptarget-Pj死区 (4)
Pchgmax＝Pchgmax+Pjchgmax (5)。
D6、将j+1，当j≤M时，跳转至步骤D3，当j＞M时，跳转至步骤D7，以上具体的流程图参见图2。
D7、j＝1，
D8、判断第j个逆变器是否参与过死区处理，当参与过死区处理，按照公式(6)计算该已并网光伏电站的目标调节功率Pjtarget，
D9、将j+1，
D10、判断j是否大于M，当大于时，跳转至步骤E，否则，跳转至步骤D8。

Claims (7)

1.一种分布式光伏电站区域并网的控制方法，基于分布式光伏电站区域并网保护系统实现，分布式光伏电站区域并网保护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；
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，用于采集逆变器参数、将采集的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和光伏并网接入箱是否入网；
低压综合配电箱与变压器连接，用于采集变压器参数、将采集的参数传送至中心控制装置；
所述中心控制装置的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/控制器的相应输入端，其特征在于包括以下步骤：
A、中心控制装置接收拟并网光伏电站的并网请求，记录其光伏采集/控制器采集的最小可调有功功率min_Pi和当前发电功率cur_Pi；
B、计算当前变压器的剩余功率 △Pb，△Pb=Pmax－Pm ，其中Pmax表示变压器的最大功率，Pm表示变压器的当前功率；
C、根据min_Pi或/和cur_Pi与△Pb 的关系，依次按照下述条件进行比较判断、确定请求并网光伏电站的并网要求：
当cur_Pi≤△Pb时，中心控制装置向请求并网光伏电站发送允许其以当前发电功率cur_Pi并网的命令，然后跳转至步骤F，
当cur_Pi＞△Pb≥min_Pi时，中心控制装置向请求并网光伏电站发送允许其以发电功率△Pb并网的命令，然后跳转至步骤F，
当 ΔPb<min_Pi≤(Pmax-时，跳转至步骤D，
当min_Pi>(Pmax-时，中心控制装置向请求并网光伏电站发送拒绝其并网的命令，然后跳转至步骤F，
上式中，min_Pj表示第j个已并网光伏电站的最小可调有功功率，j=1、2……M，M表示已并网光伏电站的数量；
D、将已并网光伏电站的当前发电功率向下调节，总调节量为Pchange，Pchange=min_Pi－△Pb ，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×Kj （1）
其中，Pj表示第j个已并网光伏电站的当前发电功率，Kj代表第j个已并网光伏电站的分配比例，j=1、2……M；
E、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，并向请求并网光伏电站发送允许其以发电功率min_Pi并网的命令；
F、结束。
2.根据权利要求1所述的分布式光伏电站区域并网的控制方法，其特征在于步骤D中Kj的计算方法为：
Kj=Pjchgmax/ Pchgmax （2）
其中，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=Pj－min_Pj，Pchgmax表示拟下调发电功率光伏电站的最大剩余可调有功功率总量，Pchgmax=。
3.根据权利要求2所述的分布式光伏电站区域并网的控制方法，其特征在于步骤D包括以下步骤：
将已并网光伏电站的当前发电功率向下调节，总调节量为Pchange， Pchange=min_Pi－△Pb，
D-1：将所有已并网的光伏电站加入拟下调发电功率的光伏电站集合，
D-2：按照以下公式计算各拟下调发电功率的光伏电站的分配比例Kj：
Kj=Pjchgmax/ Pchgmax （2），
D-3：j=1，
D-4：按照以下公式计算第j个拟下调发电功率光伏电站的目标调节功率Pjtarget，
Pjtarget= Pj－Pchange×Kj （1）
如果Pjtarget<min_Pj，则Pjtarget=Pj，M=M-1，将该光伏电站从拟下调发电功率的光伏电站集合中去除，转步骤D-2；否则，进入步骤D-5，
D-5：j=j+1，若j>M，跳转至步骤E，否则，跳转至步骤D-4。
4.根据权利要求2所述的分布式光伏电站区域并网的控制方法，其特征在于步骤D包括以下步骤：
将已并网光伏电站的当前发电功率向下调节，总调节量为Pchange，Pchange=min_Pi－△Pb，
D-1：将所有已并网的光伏电站加入拟下调发电功率的光伏电站集合，集合中共有M个光伏电站，
D-2：按照以下公式计算各拟下调发电功率的光伏电站的分配比例Kj：
Kj= Pjchgmax/ Pchgmax （2），
D-3：j=1，
D-4：按照以下公式计算第j个拟下调发电功率光伏电站的目标调节功率 Pjtarget ，
Pjtarget= Pj－Pchange×Kj （1）
如果Pjtarget<min_Pj，则Pjtarget= min_Pj，Pchange=Pchange-(Pj-min_Pj)，M=M-1，将该光伏电站从拟下调发电功率的光伏电站集合中去除，转步骤D-2；否则，进入步骤D-5，
D-5：j=j+1，若j>M，结束步骤D，否则，转步骤D-4。
5.根据权利要求1所述的分布式光伏电站区域并网的控制方法，其特征在于步骤A中，Pmax=P×25%，其中P表示变压器的发电容量。
6.根据权利要求1所述的分布式光伏电站区域并网的控制方法，其特征在于步骤D中还包括过死区步骤，具体方法如下：
D1、将M个已并网光伏电站按照剩余可调量排序，生成逆变器队列，
D2、令j=1，Pchgmax =0，Ptarget=Pchange，其中Pchgmax 表示已并网光伏电站最大剩余可调有功功率总量，
D3、将Ptarget与第j个光伏电站的设计死区Pj死区进行比较，当Ptarget＞Pj死区时，跳转至步骤D4，当Ptarget≤Pj死区时跳转至步骤D6，
D4、按照公式（3）计算第j个已并网光伏电站逆变器过死区后的最大剩余可调有功功率Pjchgmax，
Pjchgmax=Pj－Pj死区－min_Pj （3），
D5、按照公式（4）和（5）计算过死区处理后的Ptarget值和Pchgmax值，
Ptarget=Ptarget－Pj死区 （4）
Pchgmax=Pchgmax＋Pjchgmax (5)，
D6、j=j+1，当j≤M时，跳转至步骤D3，当j＞M时，跳转至步骤D7，
D7、j=1，
D8、判断第j个逆变器是否参与过死区处理，当参与过死区处理，按照公式（6）计算该已并网光伏电站的目标调节功率，未参与过死区处理时，跳转至步骤D9，
Pjtarget=Pj－Pj死区－Pchange×( Pjchgmax/ Pchgmax) （6），
D9、j=j+1，
D10、判断j是否大于M，当大于时，跳转至步骤E，否则，跳转至步骤D8。
7.根据权利要求6所述的分布式光伏电站区域并网的控制方法，其特征在于步骤D1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，或者将已并网光伏电站按照当前发电功率占最大可调有功功率的比例Xj升序排列，
Xj=Pj / max_Pj （7）。
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