CN108039740A - 一种光伏电站参与一次调频的控制系统及实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种光伏电站参与一次调频控制的控制系统及实现方法，由信号采集单元、一次调频处理单元、有功功率计算单元、有功功率分配单元，远动通信单元、录波单元、频率扰动单元、逆变器控制单元等模块组成。本发明针对新能源光伏发电的实际特点，通过光伏电站厂站级有功功率优化控制的方式参与电网一次调频，在系统频率发生波动越过门槛时，增加或者减少逆变器的出力，在不增加额外储能设备的情况下，在一定时间内快速参与一次调频，最大程度地发挥逆变器的作用，达到降低系统频率变化幅度，参与电网频率快速恢复的目的，适用于光伏电站参与系统一次调频的应用场合。

Description

一种光伏电站参与一次调频的控制系统及实现方法
技术领域
本发明属于电力系统控制技术领域，具体涉及一种光伏电站参与一次调频的实现方法。
背景技术
电网频率是电能质量的三大指标之一，维持电网频率的稳定是电力系统运行的重要任务。近年来，我国新能源发电发展迅速，其中太阳能光伏发电并网装机容量和发电量快速增长，其在我国各类电源装机容量中所占比例也越来越高。而光伏发电具有随机性、间歇性等特点，随着发电量的增长，其对并入电网的稳定运行也带来较大的隐患。因此，除了参与电力系统二次调频外，也要求光伏电站参与电力系统一次调频，为电力系统的频率稳定提供就地快速支撑。
对于光伏电站而言，参与电力系统一次调频的实现方法有多种，包括单机模式、多机控制模式、厂站级功率控制、调度端控制模式等，到底哪一种方式一次调频调节效果最好，需要充分的研究。
光伏电站在进行一次调频试验时，往往需要调度统一安排，相关场站需要做出配合，试验对于正常的生产运行会造成一定的影响。这样就对厂站级功率控制设备提出新的要求，具备离线测试功能，对频率扰动信号做出正确响应。
发明内容
为了解决现有一次调频技术中存在的单机参与的局限性、一次调频和二次调频如何配合等问题，本发明公开了一种光伏电站参与一次调频控制的实现方法。
本申请具体采用以下技术方案：
一种光伏电站参与一次调频的控制系统，包括站控级控制器、多个区域级控制器和监控后台；其特征在于：
站控级控制器管理全光伏电站的区域级控制器，采集汇集站母线频率并接收调度下发的光伏电站有功功率目标值，协调全光伏电站的有功功率分配，并将分配后的有功功率目标值下发至各区域级控制器；
各区域级控制器包括区域有功功率分配单元、逆变器控制单元；光伏电站内可以根据逆变器所在位置和逆变器数量划分为多个区域，区域级控制器管理光伏电站中一片区域内的逆变器，区域级控制器接收站控级控制器下发的分配后的区域有功功率目标值，再经过有功功率分配单元将区域有功功率目标值分配为逆变器有功功率目标值，并通过逆变器控制单元将逆变器有功功率目标值发送到相应的逆变器；
所述监控后台和站控级控制器相连，包括对站控级控制器和区域级控制器数据进行显示的显示单元，对一次调频控制系统功能投退进行控制的控制单元和对站控级控制器的录波结果进行分析的录波结果分析单元。
本发明进一步包括以下优选方案：
所述站控级控制器包括信号采集单元、一次调频处理单元、有功功率计算单元、全厂有功功率分配单元，远动通信单元、录波单元；
所述信号采集单元实时采集光伏汇集站母线功率及频率信号，并将采集信号提供给一次调频处理单元；
所述一次调频处理单元根据信号采集单元实时采集的光伏汇集站母线频率与额定频率进行比较，当光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量超过一次调频死区时，将光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量传递给有功功率计算单元，并通知有功功率计算单元一次调频启动；
所述有功功率计算单元，当一次调频启动时，将光伏电站有功目标值依据一次调频处理单元传递的光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量进行修正，修正后的输出为实际的有功目标值；当一次调频未启动时，通过对有功功率目标值按照设定的变化率进行修正，将修正后的目标值输出为实际的有功目标值，降低功率波动；有功功率计算的单元将修正后的光伏电站有功功率目标值传递给全厂有功功率分配单元；
所述全厂有功功率分配单元将有功功率计算单元输出的全站有功目标值根据区域级控制器的数量和有功裕度进行分配，并将分配后的有功目标值发送到对应的区域级控制器。
所述各区域有功功率分配单元将站控级控制器发送的分配后的有功目标值根据其控制的逆变器数量和有功裕度进行再次分配，将再次分配后的逆变器有功目标值提供给逆变器控制单元；
所述逆变器控制单元根据逆变器有功目标值控制逆变器的有功输出。
所述远动通信单元一方面通过各种通讯规约接入光伏电站参与一次调频所需的逆变器有功、逆变器状态信息，另一方面还通过IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、CDT种远动通讯规约与调度端进行数据通信。
所述录波单元采用事件触发机制，当光伏电站参与一次调频动作时，触发所述录波单元启动录波，记录动作时段的汇集站母线频率、光伏电站实发有功功率、光伏电站目标有功功率等曲线，并上传监控后台的录波结果分析单元，进行一次调频动作时间、频率变化幅度等动作指标的分析评价。
所述光伏电站参与一次调频的控制系统还包括频率扰动单元，当一次调频控制系统工作在离线模式时，由频率扰动单元采用事先生成的频率扰动数据文件，实现在光伏电站频率正常工况下的提供频率扰动信号。
本申请还进一步公开了一种前述光伏电站参与一次调频控制系统的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：
步骤1：站控级控制器通过远动通信单元，接收调度有功功率目标指令P；
步骤2：通过信号采集单元实时采集光伏电站汇集站母线频率信号；
步骤3：根据步骤2采集的光伏电站汇集站母线频率信号，一次调频处理单元计算光伏电站汇集站母线频率与母线频率目标值之间的偏差；
步骤4：一次调频处理单元判断光伏电站汇集站母线频率与母线额定频率之间的频率偏差是否小于一次调频死区，如果是，进入步骤7；否则将调度有功功率目标指令P置为光伏电站目标有功Ptarget并进入步骤5；
步骤5：有功功率计算单元根据下式计算一次调频的光伏电站目标有功Ptarget：
其中，P0为光伏电站当前实发有功，Ptarget为一次调频后的光伏电站目标有功，PN为光伏电站额定功率，f为当前光伏电站汇集站母线频率，fd为一次调频响应动作门槛值，fN为母线额定频率，δ％为调差率；
步骤6：触发录波单元启动录波，对汇集站母线频率、光伏电站实发有功功率、光伏电站目标有功功率进行录波，根据录波数据对本次一次调频的动作时间、频率的恢复幅度等效果进行分析评价；
步骤7：全厂有功功率分配单元将光伏电站目标有功Ptarget根据区域级控制器数量和有功裕度进行分配，并将分配后的区域目标有功发送到区域级控制器，逆变器的有功输出。
步骤8：区域级控制器将接收的区域目标有功根据区域逆变器数量以及有功裕度进行分配，将分配后的逆变器目标有功发送到逆变器控制单元；
步骤9：区域级控制器的逆变器控制单元将逆变器目标有功发送到逆变器，实现逆变器有功控制输出。
进一步，在步骤2中，当光伏电站参与一次调频控制系统工作在离线模式时，光伏电站汇集站母线频率信号由离线测试单元频率扰动信号提供；在光伏电站现场进行一次调频试验前，采用事先生成的频率扰动数据文件，实现在频率正常工况下的频率扰动效果，进行光伏电站厂站级有功功率控制系统一次调频功能的动作响应及功能测试。
本申请具有以下有益效果：
在光伏电站自动化系统具备的前提下，不需增加储能等设备，最大限度地参与电力系统频率的一次调频，并且一次调频和二次调频可以相互协调，具有实用性。
附图说明
图1是本申请公开的光伏电站参与一次调频控制系统结构示意图；
图2是本申请公开的光伏电站参与一次调频控制实现方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明的技术方案进一步说明。
如图1所示为光伏电站参与一次调频控制系统结构示意图。该系统实现了光伏电站厂站级参与一次调频，由站控级控制器和区域级控制器及后台监控构成，具体包括信号采集单元、一次调频处理单元、有功功率计算单元、有功功率分配单元，远动通讯单元、录波单元、频率扰动单元、逆变器控制单元等模块。信号采集单元通过硬接线直接采集汇集站母线频率信号；远动通信单元一方面通过与光伏电站监控系统通信交互数据，实现信息接入，另一方面与调度中心实现远动通信。
所述站控级控制器管理全光伏电站的区域级控制器，通过信号采集单元采集汇集站母线频率并通过远动通信单元接收调度下发的光伏电站有功功率目标值，协调全光伏电站的有功功率分配，并将分配后的有功功率目标值下发至各区域级控制器；
各区域级控制器包括区域有功功率分配单元、逆变器控制单元；光伏电站内可以根据逆变器所在位置和逆变器数量划分为多个区域，区域级控制器管理光伏电站中一片区域内的逆变器，区域级控制器接收站控级控制器下发的分配后的区域有功功率目标值，再经过区域有功功率分配单元将区域有功功率目标值分配为逆变器有功目标值并通过逆变器控制单元将逆变器有功目标值发送到相应的逆变器；
所述监控后台和站控级控制器及区域级控制器相连，包括对站控级控制器和区域级控制器数据进行显示的显示单元，对一次调频控制系统功能投退进行控制的控制单元和对站控级控制器的录波结果进行分析的录波结果分析单元。
所述站控级控制器包括信号采集单元、一次调频处理单元、有功功率计算单元、全厂有功功率分配单元，远动通信单元、录波单元；
所述信号采集单元实时采集光伏汇集站母线功率及频率信号，并将采集信号提供给一次调频处理单元；
所述一次调频处理单元根据信号采集单元实时采集的光伏汇集站母线频率与额定频率进行比较，当光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量超过一次调频死区时，将光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量传递给有功功率计算单元，并通知有功功率计算单元一次调频启动；
所述有功功率计算单元，当一次调频启动时，将光伏电站有功目标值依据一次调频处理单元传递的光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量进行修正，修正后的输出为实际的有功目标值；当一次调频未启动时，通过对有功功率目标值按照设定的变化率进行修正，将修正后的目标值输出为实际的有功目标值，降低功率波动；有功功率计算的单元将修正后的光伏电站有功功率目标值传递给全厂有功功率分配单元；
所述全厂有功功率分配单元将有功功率计算单元输出的全站有功目标值根据区域级控制器的数量和有功裕度进行分配，并将分配后的有功目标值发送到对应的区域级控制器。
所述各区域有功功率分配单元将站控级控制器发送的分配后的有功目标值根据其控制的逆变器数量和有功裕度进行再次分配，将再次分配后的逆变器有功目标值提供给逆变器控制单元；
所述逆变器控制单元根据逆变器有功目标值控制逆变器的有功输出。
所述远动通信单元一方面通过各种通讯规约接入光伏电站参与一次调频所需的逆变器有功、逆变器状态信息，另一方面还通过IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、CDT种远动通讯规约与调度端进行数据通信。
所述录波单元采用事件触发机制，当光伏电站参与一次调频动作时，触发所述录波单元启动录波，记录动作时段的汇集站母线频率、光伏电站实发有功功率、光伏电站目标有功功率等曲线，并上传监控后台的录波结果分析单元，进行一次调频动作时间、频率变化幅度等动作指标的分析评价。
所述光伏电站参与一次调频的控制系统还包括频率扰动单元，当一次调频控制系统工作在离线模式时，由频率扰动单元采用事先生成的频率扰动数据文件，实现在光伏电站频率正常工况下的提供频率扰动信号。
如图2所示为光伏电站参与一次调频控制实现方法流程示意图，
步骤1：站控级控制器通过远动通信单元，接收调度有功功率目标指令P；
步骤2：通过信号采集单元实时采集光伏电站汇集站母线频率信号；
步骤3：根据步骤2采集的光伏电站汇集站母线频率信号，一次调频处理单元计算光伏电站汇集站母线频率与母线频率目标值之间的偏差；
步骤4：一次调频处理单元判断光伏电站汇集站母线频率与母线额定频率之间的频率偏差是否小于一次调频死区，如果是，进入步骤7；否则将调度有功功率目标指令P置为光伏电站目标有功Ptarget并进入步骤5；
步骤5：有功功率计算单元根据下式计算一次调频的光伏电站目标有功Ptarget：
其中，P0为光伏电站当前实发有功，Ptarget为一次调频后的光伏电站目标有功，PN为光伏电站额定功率，f为当前光伏电站汇集站母线频率，fd为一次调频响应动作门槛值，fN为母线额定频率，δ％为调差率；
步骤6：触发录波单元启动录波，对汇集站母线频率、光伏电站实发有功功率、光伏电站目标有功功率进行录波，根据录波数据对本次一次调频的动作时间、频率的恢复幅度等效果进行分析评价；
步骤7：全厂有功功率分配单元将光伏电站目标有功Ptarget根据区域级控制器数量和有功裕度进行分配，并将分配后的区域目标有功发送到区域级控制器，逆变器的有功输出。
步骤8：区域级控制器将接收的区域目标有功根据区域逆变器数量以及有功裕度进行分配，将分配后的逆变器目标有功发送到逆变器控制单元；
步骤9：区域级控制器的逆变器控制单元将逆变器目标有功发送到逆变器，实现逆变器有功控制输出。
申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光伏电站参与一次调频的控制系统，包括站控级控制器、多个区域级控制器和监控后台；其特征在于：
站控级控制器管理全光伏电站的区域级控制器，采集汇集站母线频率并接收调度下发的光伏电站有功功率目标值，协调全光伏电站的有功功率分配，并将分配后的有功功率目标值下发至各区域级控制器；
各区域级控制器包括区域有功功率分配单元、逆变器控制单元；光伏电站内可以根据逆变器所在位置和逆变器数量划分为多个区域，区域级控制器管理光伏电站中一片区域内的逆变器，区域级控制器接收站控级控制器下发的分配后的区域有功功率目标值，再经过有功功率分配单元将区域有功功率目标值分配为逆变器有功目标值，并通过逆变器控制单元将逆变器有功功率目标值发送到相应的逆变器；
所述监控后台和站控级控制器相连，包括对站控级控制器和区域级控制器数据进行显示的显示单元，对一次调频控制系统功能投退进行控制的控制单元和对站控级控制器的录波结果进行分析的录波结果分析单元。
2.根据权利要求1所述的光伏电站参与一次调频的控制系统，其特征在于：
所述站控级控制器包括信号采集单元、一次调频处理单元、有功功率计算单元、全厂有功功率分配单元，远动通信单元、录波单元；
所述信号采集单元实时采集光伏汇集站母线功率及频率信号，并将采集信号提供给一次调频处理单元；
所述一次调频处理单元根据信号采集单元实时采集的光伏汇集站母线频率与额定频率进行比较，当光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量超过一次调频死区时，将光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量传递给有功功率计算单元，并通知有功功率计算单元一次调频启动；
所述有功功率计算单元，当一次调频启动时，将光伏电站有功目标值依据一次调频处理单元传递的光伏汇集站母线频率与额定频率的偏差量进行修正，修正后的输出为实际的有功目标值；当一次调频未启动时，通过对有功功率目标值按照设定的变化率进行修正，将修正后的目标值输出为实际的有功目标值，降低功率波动；有功功率计算的单元将修正后的光伏电站有功功率目标值传递给全厂有功功率分配单元；
所述全厂有功功率分配单元将有功功率计算单元输出的全站有功目标值根据区域级控制器的数量和有功裕度进行分配，并将分配后的有功目标值发送到对应的区域级控制器。
3.根据权利要求2所述的光伏电站参与一次调频的控制系统，其特征在于：
所述各区域有功功率分配单元将站控级控制器发送的分配后的有功目标值根据其控制的逆变器数量和有功裕度进行再次分配，将再次分配后的逆变器有功目标值提供给逆变器控制单元；
所述逆变器控制单元根据逆变器有功目标值控制逆变器的有功输出。
4.根据权利要求2所述的光伏电站参与一次调频的控制系统，其特征在于：
所述远动通信单元一方面通过各种通讯规约接入光伏电站参与一次调频所需的逆变器有功、逆变器状态信息，另一方面还通过IEC60870-5-101、IEC60870-5-104、CDT种远动通讯规约与调度端进行数据通信。
5.根据权利要求2所述的光伏电站参与一次调频的控制系统，其特征在于：
所述录波单元采用事件触发机制，当光伏电站参与一次调频动作时，触发所述录波单元启动录波，记录动作时段的汇集站母线频率、光伏电站实发有功功率、光伏电站目标有功功率等曲线，并上传监控后台的录波结果分析单元，进行一次调频动作时间、频率变化幅度等动作指标的分析评价。
6.根据权利要求2或5所述的光伏电站参与一次调频的控制系统，其特征在于：
所述光伏电站参与一次调频的控制系统还包括频率扰动单元，当一次调频控制系统工作在离线模式时，由频率扰动单元采用事先生成的频率扰动数据文件，实现在光伏电站频率正常工况下的提供频率扰动信号。
7.一种基于权利要求1-6任一项权利要求所述的光伏电站参与一次调频控制系统的光伏电站参与一次调频控制实现方法，其特征在于，所述实现方法包括以下步骤：
步骤1：站控级控制器通过远动通信单元，接收调度有功功率目标指令P；
步骤2：通过信号采集单元实时采集光伏电站汇集站母线频率信号；
步骤3：根据步骤2采集的光伏电站汇集站母线频率信号，一次调频处理单元计算光伏电站汇集站母线频率与母线频率目标值之间的偏差；
步骤4：一次调频处理单元判断光伏电站汇集站母线频率与母线额定频率之间的频率偏差是否小于一次调频死区，如果是，进入步骤7；否则将调度有功功率目标指令P置为光伏电站目标有功Ptarget并进入步骤5；
步骤5：有功功率计算单元根据下式计算一次调频的光伏电站目标有功Ptarget：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>arg</mi> <mi>e</mi> <mi>t</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>P</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>P</mi> <mi>N</mi> </msub> <mo>*</mo> <mfrac> <mrow> <mo>(</mo> <mi>f</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>f</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>f</mi> <mi>N</mi> </msub> </mfrac> <mo>*</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>&amp;delta;</mi> <mi>%</mi> </mrow> </mfrac> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，P0为光伏电站当前实发有功，Ptarget为一次调频后的光伏电站目标有功，PN为光伏电站额定功率，f为当前光伏电站汇集站母线频率，fd为一次调频响应动作门槛值，fN为母线额定频率，δ％为调差率；
步骤6：触发录波单元启动录波，对汇集站母线频率、光伏电站实发有功功率、光伏电站目标有功功率进行录波，根据录波数据对本次一次调频的动作时间、频率的恢复幅度等效果进行分析评价；
步骤7：全厂有功功率分配单元将光伏电站目标有功Ptarget根据区域级控制器数量和有功裕度进行分配，并将分配后的区域目标有功发送到区域级控制器，逆变器的有功输出。
步骤8：区域级控制器将接收的区域目标有功根据区域逆变器数量以及有功裕度进行分配，将分配后的逆变器目标有功发送到逆变器控制单元；
步骤9：区域级控制器的逆变器控制单元将逆变器目标有功发送到逆变器，实现逆变器有功控制输出。
8.根据权利要求7所述的光伏电站参与一次调频控制的实现方法，其特征在于：
在步骤2中，当光伏电站参与一次调频控制系统工作在离线模式时，光伏电站汇集站母线频率信号由离线测试单元频率扰动信号提供；在光伏电站现场进行一次调频试验前，采用事先生成的频率扰动数据文件，实现在频率正常工况下的频率扰动效果，进行光伏电站厂站级有功功率控制系统一次调频功能的动作响应及功能测试。
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