CN108206536A - 一种光伏电站有功功率控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏电站有功功率控制方法及装置，该方法包括根据预先采集当前有功功率值判断有功指令，计算指令功率与当前有功功率的差值，判断差值与功率控制死区的关系；根据有功控制闭锁工况校验有功指令，并校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；根据差值与调节死区、有功控制闭锁情况以及有功指令与有功功率输出范围的判断结果，按照有功指令及有功功率分配策略分配有功指令；该装置包括指令判断模块、指令校验模块和指令分配模块。本发明提供的技术方案保证了有功功率控制过程中光伏逆变器在最大效率区间优先工作，使逆变器保持较高功率转换率，提高了光伏电站整体功率的输出效率。

Description

一种光伏电站有功功率控制方法及装置

技术领域

本发明涉及光伏电站控制领域，具体讲涉及一种光伏电站有功功率控制方法及装置。

背景技术

电力系统依靠系统内所有并联运行机组发出的有功功率总和与所有负荷消耗的有功功率总和的平衡维持系统频率稳定，由于电力系统总负荷时刻波动，需要及时调节并联运行机组的有功功率以保证电力系统频率运行范围。随着光伏电站的规模化发展，国内外并网标准均针对光伏电站功率的控制提出了要求，因此光伏电站无论在正常或者故障情况下，均具备一定的动态有功和无功功率裕量，尽可能与传统电源功能一致。

目前，已逐步开展光伏电站有功功率控制系统相关控制方法的研究，有功功率控制系统逐步得到应用，发明名称为“光伏电站智能功率调节方法”的CN201310260240号中国专利提出了一种光伏电站有功功率控制智能调节方法，在监测到调度下发的有功功率限额值改变时计算功率差额、调节步长，按照优先调节上/下调能力大的发电单元逐次调节逆变器并分配分配逆变器功率限额。

发明名称为“光伏电站有功功率控制方法”的CN201310173384号中国专利提出一种类似的光伏电站有功功率控制方法，首先计算光伏电站并网点的有功功率偏差，判断有功功率偏差是否在功率偏差的死区阀值范围内根据有功功率偏差，确定功率调整策略，向站内光伏逆变器发出控制指令，等待光伏逆变器执行指令动作，其中分析了逆变器启停时间。

上述已有技术虽然考虑了光伏发电单元或逆变器的调节裕度，根据有功功率增减裕度制定相应的控制策略，但对作为逆变器工作最重要的一个参数的光伏逆变器效率并未考虑。

为克服现有技术的不足，需要提供一种光伏电站有功功率的控制方法，提高光伏电站整体输出效率。

发明内容

为满足现有技术发展的需要，本发明提出一种光伏电站有功功率控制方法。

本发明提供的光伏电站有功功率控制方法，其改进之处在于，所述方法包括：

根据预先采集当前有功功率值判断有功指令，计算指令功率与当前有功功率的差值，判断差值与功率控制死区的关系；

根据有功控制闭锁工况校验有功指令，并校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；

根据差值与调节死区、有功控制闭锁情况以及有功指令与有功功率输出范围的判断结果，按照有功指令及有功功率分配策略分配有功指令。

进一步的，调度机构下发所述有功指令，或通过远程自动化功率控制模块获取；

所述有功指令的判断包括：

若有功指令变化，则计算有功指令P_指令与当前光伏电站实发值P_当前的差值ΔP，判断差值是否大于调节死区；若差值不大于调节死区，则需重新采集光伏电站当前有功功率值；

若有功指令未变化，则差值ΔP大于调节死区；

差值ΔP大于调节死区时，按照有功功率指令调节光伏电站有功功率。

进一步的，所述有功控制闭锁的工况包括：

①当通过远程自动化功率控制功能接收有功指令的方式为计划曲线时，调度当天没有计划曲线；

②光伏电站综合自动化系统通道断开；

③某光伏逆变器通道断开；

所述有功控制闭锁时，无法执行增有功和减有功控制；所述有功控制未闭锁时，校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内。

进一步的，所述光伏电站有功功率输出范围的确定包括：

最大直流侧有功功率P_dc按下式计算：

P_dc＝N×P_n×[1+(G-1)C₁]×[1+(T-25)C₂]×k×C₃

其中，N：与单台逆变器相连的光伏组件数量；P_n：为光伏组件标称功率；G：光伏组件受光面的太阳光辐照度；T：光伏组件温度；C₁：光伏组件的功率辐照度系数；C₂：光伏组件的功率温度系数为；k：直流补正系数；C₃：光伏组件的衰减系数；

光伏电站有功功率输出最大值P_station按下式计算：

其中，N'：光伏电站内逆变器数量；P_ac：逆变器输出有功功率；η_inv：光伏逆变器效率；

则，光伏电站有功功率输出范围为[0，P_station]。

进一步的，在有功功率未闭锁的情况下，校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内：

若有功指令在有功功率输出范围内，则判定控制方式并设定约束条件；

若有功指令不在有功功率输出范围内：若有功指令为增有功且有功指令高于有功上限值，则按照有功上限限值运行；若有功指令低于有功下限值，按照有功下限限值运行。

进一步的，所述约束条件包括：有功功率控制速率约束和有功功率控制精度约束；

所述有功功率控制速率约束为分别按照小型、中型、大型电站的1分钟有功变化最大限值和10分钟有功变化最大限值设定装机容量约束；

所述有功功率控制精度约束条件为：ΔP≤死区定值。

进一步的，所述有功指令在有功功率输出范围内时判断控制方式：

若控制方式为远方调度控制且控制模式为计划曲线模式，则自动读取当前时间的计划曲线值；

若控制方式为本地控制方式，则取当前的本地指令目标值。

进一步的，所述有功指令的分配包括：

若逆变器的最大直流侧有功功率P_dc在逆变器交流输出功率区间，则按照效率最优的原则分配有功指令；否则，按照逆变器最大有功功率输出。

进一步的，按照效率最优的原则，逆变器最优效率区间[a，b]的可调度逆变器的数量分别为：

其中，η_max:逆变器最优效率区间内的最优效率；最优效率对应的逆变器交流输出功率；P_a和P_b：分别为最优效率区间上下限值a和b对应的逆变器交流输出功率值。

进一步的，所述逆变器的调度分配包括：

(1)若光伏电站内逆变器全部开机运行，则：

当N₃≤N_开机时，调节N₃台开机逆变器功率为调节N_开机-N₃为停机状态；

当N₃＞N_开机时：

若N_开机≥N₂，调节N₂台开机逆变器功率为P_b，调节N_开机-N₂为停机状态；

若N_开机＜N₂，则最优效率区间无法满足有功指令，每台逆变器的有功功率设定值应为

(2)若光伏电站内存在停机逆变器，则：

当N₃≤N_开机时，调节N₃台开机逆变器功率为

若N_开机＜N₃≤N_总，调节N_开机台开机逆变器功率为使N₃-N_开机台停机逆变器工作在开机状态，调节其功率为

当N₃＞N_总时：

若N_总≥N₂，调节N₂台开机逆变器功率为P_b，调节N_总-N₂为停机状态；

若N_总＜N₂，则最优效率区间无法满足有功指令，设置站内所有逆变器为运行状态且有功功率设定值为

进一步的，按照逆变器最大有功功率输出时，将台逆变器功率调节为当前辐照度下输出的最大有功功率P_ac，按照逆变器最大有功功率进行输出，保证工作的逆变器台数最少。

一种光伏电站有功功率控制装置，所述装置包括：

指令判断模块，用于根据预先采集当前有功功率值判断有功指令，计算指令功率与当前有功功率的差值，判断差值与功率控制死区的关系；指令校验模块，用于根据确定的有功控制闭锁情况与有功功率输出范围校验有功控制是否闭锁以及有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；

指令分配模块，用于根据差值与调节死区、有功控制闭锁情况以及有功指令与有功功率输出范围的判断结果，按照有功指令及有功功率分配策略分配有功指令。

进一步的，所述指令校验模块包括：

有功控制闭锁校验子模块，用于根据有功控制闭锁工况判断有功控制是否闭锁；

输出范围校验子模块，用于在有功功率未闭锁的情况下，校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；

条件设定子模块，用于在有功指令在有功功率输出范围内，设定有功功率控制速率约束和有功功率控制精度约束。

进一步的，所述指令分配模块包括：

第一指令分配子模块，若逆变器的最大直流侧有功功率P_dc在逆变器交流输出功率区间，则按照效率最优的原则分配有功指令；

第二指令分配子模块，若逆变器的最大直流侧有功功率P_dc不在逆变器交流输出功率区间，则按照逆变器最大有功功率输出；

分配策略制定子模块，用于按照效率最优原则制定有功功率分配策略。

与最接近的现有技术比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

1、本发明提供的技术方案实时跟踪有功功率调度指令，考虑到光伏逆变器最优效率区间，分配有功目标指令，可实时自动跟踪电网有功功率调度指令，节约人力成本，提高功率调度效率及精度；

2、本发明提供的技术方案保证有功功率控制过程中光伏逆变器优先工作在最大效率区间使逆变器保持较高功率转换率，工作在性能最优的工况下，提高光伏电站整体功率输出效率。

附图说明

图1为光伏电站有功功率控制方法流程图；

图2为光伏逆变器效率曲线图；

图3为光伏电站有功功率控制策略流程图。

具体实施方式

以下将结合说明书附图，以具体实施例的方式详细介绍本发明提供的技术方案。

本发明按照图1所示流程图完成基于光伏逆变器效率最优的有功功率控制方法，首先判断电网调度的有功功率指令，计算指令功率与当前实际功率的差值，判断差值与功率控制死区的关系，判断是否光伏电站进行有功调节；根据当前辐照度、组件温度等数据，计算各光伏逆变器的最大直流侧有功功率，校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内，若不在输出范围内，则按照电站有功功率限值调节有功功率；判断三种情况下有功功率控制是否闭锁，并设定有功功率控制速率、控制精度等约束条件；按照逆变器效率最优的策略控制有功功率，结合电站调度指令，将有功目标指令分配到各逆变器。

本发明提供的技术方案具体步骤如附图3的控制策略流程图所示：

1)判断有功功率指令，是否光伏电站进行有功调节；

国标19964-2012等标准要求光伏电站有功功率控制系统应该能够接收并自动执行电网调度机构下达的有功功率及有功功率变化的控制指令，调度机构下发的有功功率指令是光伏电站应发的有功功率给定参考值。判断有功功率指令，并执行调度机构的有功功率指令是光伏电站必须实现的首要功能，如果有功功率指令差值ΔP大于调节死区，光伏电站应立即执行电网调度的有功功率指令，继而开展调节功能。

有功功率指令通过调度机构下发，通过有功功率控制系统人工本地输入指令值，即本地控制；直接通过有功功率控制系统采集到调度下达的有功指令或有功计划曲线获得有功功率指令，即远程自动化功率控制功能。

判断有功功率指令是否变化，分为两种情况考虑：

①若调度有功指令变化，计算有功指令P_指令与当前光伏电站实发值P_当前的差值ΔP，判断差值是否大于调节死区(电站有功功率最小调节精度)；

②若有功指令未变化，但由于场内有功损耗造成当前实发值降低，导致差值大于调节死区。

当差值ΔP大于调节死区时，光伏电站有功功率应按照有功功率指令进行调节。

2)有功功率指令校验：

首先判断有功控制是否闭锁，有功控制闭锁包括的工况主要为：

①当接收调度命令方式为计划曲线时，调度当天没有计划曲线；

②当光伏电站综合自动化系统通道断开；

③当某光伏逆变器通道断开。

当有功控制闭锁时，无法执行增有功及减有功控制；

其次，在有功功率未闭锁的情况下，校验调度指令是否在电站有功功率输出范围内；

根据当前辐照度、组件温度等数据，计算各光伏逆变器的最大直流侧有功功率，光伏组件为非晶硅或多晶硅材料时计算公式如下：

P_dc＝N×P_n×[1+(G-1)C₁]×[1+(T-25)C₂]×k×C₃

其中，与单台逆变器相连的光伏组件数量为N，光伏组件标称功率为P_n，实际输出功率为P_dc，光伏组件受光面的太阳光辐照度为G、光伏组件温度为T，光伏组件的功率辐照度系数为C₁和功率温度系数为C₂、直流补正系数为k、光伏组件的衰减系数C₃。

光伏逆变器效率与直流侧功率之间的函数关系如图2所示，根据每台逆变器直流功率瞬时值，确定光伏逆变器效率η_inv，则光伏电站有功功率输出最大值为：

其中光伏电站输出有功功率为P_station，光伏电站内逆变器数量为N'，逆变器输出有功功率为P_ac。确定的光伏电站有功功率输出范围为[0,P_station]，确定光伏电站最大能够输出的有功功率范围，校验调度的有功指令是否在输出范围区间内。

校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内，有功指令为增有功时(即ΔP＞0)，当有功指令高于有功上限值(当前光伏电站最大输出有功功率)时，按照有功上限限制运行；

3)约束条件设定

判断约束条件是否满足要求，并设定有功功率调节的约束限值；约束条件能保证有功功率可按照有功功率指令调节，如果不满足约束条件，调节的精度及速率的要求无法保证。

若有功指令在光伏电站有功输出范围，判断控制方式，如果控制方式为远程调度控制，且控制模式选择为计划曲线模式，自动读取当前时间的计划曲线值；如果为本地控制方式，取得当前的本地指令目标值。

有功功率控制速率的约束条件为：按照1分钟有功功率变化最大限值和10分钟有功功率变化限值控制有功功率(如表1所示)。

表1光伏电站有功功率变化最大限值

有功功率控制精度的约束条件为：ΔP≤死区定值。

4)有功目标指令分配

按照效率最优的原则完成有功目标指令分配。

根据差值与调节死区的判断结果，按照有功目标指令及有功功率分配策略控制逆变器输出有功功率，以维持光伏电站总出力达到目标指令值。

基于光伏逆变器效率最优的有功功率分配策略实现步骤为：

①由于光伏逆变器一致性较高，设各类型逆变器最优效率区间均为[a,b]，在区间内存在最优效率η_max，判断逆变器直流侧功率P_dc是否在最优效率区间对应的直流功率区间内，若在该区间内，优先按照效率最优的原则进行有功目标指令分配，如果不能满足效率最优输出，则按照逆变器最大有功功率进行输出，其中最优效率区间对应的逆变器交流输出功率区间为[P_a,P_b]。

②由于步骤2已检验过调度指令在光伏电站有功功率输出范围内，因此光伏电站具备有功功率增裕度，计算按照最优效率区间的可调度逆变器数量分别为：

由于则N₂＜N₃＜N₁。

若光伏电站内逆变器全部开机运行，即N_开机＝N_总，则：

当N₃≤N_开机时，调节N₃台开机逆变器功率为调节N_开机-N₃为停机状态；

当N₃＞N_开机时，若N_开机≥N₂，调节N₂台开机逆变器功率为P_b，调节N_开机-N₂为停机状态；若N_开机＜N₂，则最优效率区间无法满足有功调度指令，每台逆变器的有功功率设定值应为

若光伏电站内存在停机逆变器，则：

当N₃≤N_开机时，调节N₃台开机逆变器功率为

若N_开机＜N₃≤N_总，调节N_开机台开机逆变器功率为使N₃-N_开机台停机逆变器工作在开机状态，调节其功率为

当N₃＞N_总时，若N_总≥N₂，调节N₂台开机逆变器功率为P_b，调节N_总-N₂为停机状态；若N_总＜N₂，则最优效率区间无法满足有功调度指令，设置站内所有逆变器为运行状态，每台逆变器的有功功率设定值为

保证光伏电站内逆变器均优先工作在效率最优区间。

③若P_dc不在最优效率区间对应的直流功率区间内，假设P_ac为当前辐照度下输出的最大有功功率，调节台逆变器功率为P_ac，按照逆变器最大有功功率进行输出，保证工作的逆变器台数最少。

④功率除法运算时，按照舍弃小数直接取整的原则，依据有功功率指令重新计算最优功率区间内的输出有功功率值，结束调节任务。

一种光伏电站有功功率控制装置，所述装置包括：

指令判断模块，用于根据预先采集当前有功功率值判断有功指令，计算指令功率与当前有功功率的差值，判断差值与功率控制死区的关系；

指令校验模块，用于根据确定的有功控制闭锁情况与有功功率输出范围校验有功控制是否闭锁以及有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；

指令分配模块，用于根据差值与调节死区、有功控制闭锁情况以及有功指令与有功功率输出范围的判断结果，按照有功指令及有功功率分配策略分配有功指令。

进一步的，所述指令校验模块包括：

有功控制闭锁校验子模块，用于根据有功控制闭锁工况判断有功控制是否闭锁；

输出范围校验子模块，用于在有功功率未闭锁的情况下，校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；

条件设定子模块，用于在有功指令在有功功率输出范围内，设定有功功率控制速率约束和有功功率控制精度约束。

所述指令分配模块包括：

第一指令分配子模块，若逆变器的最大直流侧有功功率P_dc在逆变器交流输出功率区间，则按照效率最优的原则分配有功指令；

第二指令分配子模块，若逆变器的最大直流侧有功功率P_dc不在逆变器交流输出功率区间，则按照逆变器最大有功功率输出；

分配策略制定子模块，用于按照效率最优原则制定有功功率分配策略。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种光伏电站有功功率控制方法，其特征在于，所述方法包括：

根据预先采集当前有功功率值判断有功指令，计算指令功率与当前有功功率的差值，判断差值与功率控制死区的关系；

根据有功控制闭锁工况校验有功指令，并校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；

根据差值与调节死区、有功控制闭锁情况以及有功指令与有功功率输出范围的判断结果，按照有功指令及有功功率分配策略分配有功指令。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，调度机构下发所述有功指令，或通过远程自动化功率控制模块获取；

所述有功指令的判断包括：

若有功指令变化，则计算有功指令P_指令与当前光伏电站实发值P_当前的差值ΔP，判断差值是否大于调节死区；若差值不大于调节死区，则需重新采集光伏电站当前有功功率值；

若有功指令未变化，则差值ΔP大于调节死区；

差值ΔP大于调节死区时，按照有功功率指令调节光伏电站有功功率。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有功控制闭锁的工况包括：

①当通过远程自动化功率控制功能接收有功指令的方式为计划曲线时，调度当天没有计划曲线；

②光伏电站综合自动化系统通道断开；

③某光伏逆变器通道断开；

所述有功控制闭锁时，无法执行增有功和减有功控制；所述有功控制未闭锁时，校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光伏电站有功功率输出范围的确定包括：

最大直流侧有功功率P_dc按下式计算：

P_dc＝N×P_n×[1+(G-1)C₁]×[1+(T-25)C₂]×k×C₃

其中，N：与单台逆变器相连的光伏组件数量；P_n：为光伏组件标称功率；G：光伏组件受光面的太阳光辐照度；T：光伏组件温度；C₁：光伏组件的功率辐照度系数；C₂：光伏组件的功率温度系数为；k：直流补正系数；C₃：光伏组件的衰减系数；

光伏电站有功功率输出最大值P_station按下式计算：

其中，N'：光伏电站内逆变器数量；P_ac：逆变器输出有功功率；η_inv：光伏逆变器效率；

则，光伏电站有功功率输出范围为[0，P_station]。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在有功功率未闭锁的情况下，校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内：

若有功指令在有功功率输出范围内，则判定控制方式并设定约束条件；

若有功指令不在有功功率输出范围内：若有功指令为增有功且有功指令高于有功上限值，则按照有功上限限值运行；若有功指令低于有功下限值，按照有功下限限值运行。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述约束条件包括：有功功率控制速率约束和有功功率控制精度约束；

所述有功功率控制速率约束为分别按照小型、中型、大型电站的1分钟有功变化最大限值和10分钟有功变化最大限值设定装机容量约束；

所述有功功率控制精度约束条件为：ΔP≤死区定值。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述有功指令在有功功率输出范围内时判断控制方式：

若控制方式为远方调度控制且控制模式为计划曲线模式，则自动读取当前时间的计划曲线值；

若控制方式为本地控制方式，则取当前的本地指令目标值。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有功指令的分配包括：

若逆变器的最大直流侧有功功率P_dc在逆变器交流输出功率区间，则按照效率最优的原则分配有功指令；否则，按照逆变器最大有功功率输出。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，按照效率最优的原则，逆变器最优效率区间[a，b]的可调度逆变器的数量分别为：

其中，η_max:逆变器最优效率区间内的最优效率；最优效率对应的逆变器交流输出功率；P_a和P_b：分别为最优效率区间上下限值a和b对应的逆变器交流输出功率值。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述逆变器的调度分配包括：

(1)若光伏电站内逆变器全部开机运行，则：

当N₃≤N_开机时，调节N₃台开机逆变器功率为调节N_开机-N₃为停机状态；

当N₃＞N_开机时：

若N_开机≥N₂，调节N₂台开机逆变器功率为P_b，调节N_开机-N₂为停机状态；

若N_开机＜N₂，则最优效率区间无法满足有功指令，每台逆变器的有功功率设定值应为

(2)若光伏电站内存在停机逆变器，则：

当N₃≤N_开机时，调节N₃台开机逆变器功率为

若N_开机＜N₃≤N_总，调节N_开机台开机逆变器功率为使N₃-N_开机台停机逆变器工作在开机状态，调节其功率为

当N₃＞N_总时：

若N_总≥N₂，调节N₂台开机逆变器功率为P_b，调节N_总-N₂为停机状态；

若N_总＜N₂，则最优效率区间无法满足有功指令，设置站内所有逆变器为运行状态且有功功率设定值为

11.如权利要求8所述的方法，其特征在于，按照逆变器最大有功功率输出时，将台逆变器功率调节为当前辐照度下输出的最大有功功率P_ac，按照逆变器最大有功功率进行输出，保证工作的逆变器台数最少。

12.一种应用权利要求1-11任一所述的控制方法的装置，其特征在于，所述装置包括：

指令判断模块，用于根据预先采集当前有功功率值判断有功指令，计算指令功率与当前有功功率的差值，判断差值与功率控制死区的关系；指令校验模块，用于根据确定的有功控制闭锁情况与有功功率输出范围校验有功控制是否闭锁以及有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；

指令分配模块，用于根据差值与调节死区、有功控制闭锁情况以及有功指令与有功功率输出范围的判断结果，按照有功指令及有功功率分配策略分配有功指令。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述指令校验模块包括：

有功控制闭锁校验子模块，用于根据有功控制闭锁工况判断有功控制是否闭锁；

输出范围校验子模块，用于在有功功率未闭锁的情况下，校验有功指令是否在光伏电站有功功率输出范围内；

条件设定子模块，用于在有功指令在有功功率输出范围内，设定有功功率控制速率约束和有功功率控制精度约束。

14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述指令分配模块包括：

第一指令分配子模块，若逆变器的最大直流侧有功功率P_dc在逆变器交流输出功率区间，则按照效率最优的原则分配有功指令；

第二指令分配子模块，若逆变器的最大直流侧有功功率P_dc不在逆变器交流输出功率区间，则按照逆变器最大有功功率输出；

分配策略制定子模块，用于按照效率最优原则制定有功功率分配策略。