CN110783953A - 一种组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法，频率调节系统发送功率设置指令给二级功率控制装置后，二级功率控制装置计算出所有逆变器的有功目标值，广播发送包含所有逆变器的有功功率目标值的指令，逆变器接收到指令后，不需要进行回复确认，解析出与自身通信地址对应的有功功率设定值并执行即可，变压器测控装置通过RS485接入二级功率控制装置，二级功率控制装置直接采集变压器侧有功功率，上传给频率调节系统即可，频率调节系统根据此反馈值再次进行闭环调节；本发明快速调频响应通信方法节省采集逆变器运行数据的时间和依次下发指令的时间。

Description

一种组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法
技术领域
本发明涉及组串式逆变器光伏电站调频技术领域，尤其一种组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法。
背景技术
随着光伏电站装机容量的不断增加，光伏电站有功功率的不稳定增加了频率的不稳定，因此按照《光伏发电站接入电网技术规定》(QGDW1617—2015)和《GB 19964-2012光伏发电站接入电力系统技术规定》的要求，光伏电站需要参与电网的调频调峰，当前的调节方式主要为调频系统接收到调频指令后，计算出对应的有功功率目标值，下发给二级功率控制装置，由二级功率控制装置计算并分配给接入的逆变器，二级功率控制装置采集逆变器的运行数据上传给调频系统，调频系统根据反馈的结果再进行闭环调节，直到调节完成。由于大型组串式逆变器光伏电站中逆变器数量众多，为减轻调频系统负载，调频系统通过光纤或网线与二级控制设备连接，并发送有功功率目标值给二级功率控制装置，二级功率控制装置再分配有功功率给组串式逆变器，当前二级功率控制装置与组串式逆变器之间基本采用RS485或电力载波通信，普遍采用的通信方法分为两种，第一种在追求控制速度时，采用广播均分法，即二级功率控制装置接入的每台组串式逆变器的有功功率相同，采用广播下发，但是这种方法会导致有功功率控制精度低，在山地光伏电站表现明显，第二种在追求控制精度时，采用点对点轮发方式，即二级功率控制装置根据每个逆变器的运行情况，计算出每个逆变器的有功功率，点对点依次下发，但是这种方法会导致控制速度较慢，有功功率调节的响应时间一般在20s，由于RS485和电力载波都是总线型网络，因此二级功率控制装置在查询逆变器有功功率时只能依次查询，由于RS485和电力载波网络的传输带宽限制，二级功率控制装置采集逆变器的有功功率数据时间一般会占到15s左右。
采用以上两种调节方式可以满足传统AGC系统下参与二次调频的需求，但是近年来，随着西北地区大规模新能源电站的并网投产，西北电网中新能源发电容量的占比大大提高，电网对新能源电站的调频能力提出了越来越高的要求，随着西北电网大力推广的新能源场站快速频率响应功能，传统的通信方法已无法满足《新能源场站快速频率响应性能要求》的参数要求，《新能源场站快速频率响应性能要求》中要求，光伏场站有功功率起调时间不超过2s，调节量到目标值的90％时时间不超过5s，有功功率达到稳定不超过15s，有功功率调节周期不大于1s，当采用点对点轮发方式发送逆变器有功功率设置指令时，发送完所有逆变器的设置指令时间远远大于1s。
发明内容
为了满足以上测试条件的需要，本发明的目的是提供一种组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法，本发明快速调频响应通信方法节省采集逆变器运行数据的时间和依次下发指令的时间。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法，组串式逆变器光伏电站的通信网络由调频系统、k个二级功率控制装置、k个测控装置和多组逆变器组成，所述k个二级功率控制装置分别与k个测控装置通过RS485相连接，同时每个二级功率控制装置都通过RS485或电力载波连接与N台逆变器相连接，所述调频系统与k个二级功率控制装置采用光纤以太网相互连接，其中测控装置与二级功率控制装置之间是单向数据传输，是测控装置向二级功率控制装置传输数据；调频系统与k个二级功率控制装置之间、二级功率控制装置与逆变器之间都是双向数据传输；
所述快速调频响应通信方法包括如下步骤：
步骤1：由于线路存在损耗，因此二级功率控制装置采集到的变压器侧有功功率会比逆变器所发出的有功功率小，但是此损耗是定值，因此对采集到的变压器侧有功功率进行系数校准，校准后的值即为总逆变器的有功功率值，调频系统获取当前二级功率控制装置上送的总逆变器有功功率值Pin，；调频系统检测到的当前并网点频率为f，如果f超出fN±fd的范围，并且Pin大于当前二级功率控制装置下的额定功率PG的10％，则调频系统确认需要调节有功功率，如不满足条件，则不需要调节有功功率；其中fN为系统基准频率，fd为预设的频率响应死区值；
步骤2：如需调节有功功率，调频系统根据
Figure BDA0002254820580000031
计算出调频系统总目标有功功率P，其中Pin为各二级功率控制装置上送的总逆变器有功功率值，PN为光伏电站总额定功率，f为并网点频率，fd为预设的频率响应死区值，fN为系统基准频率，δ％为预设的快频响应调差率；
同时再根据各二级功率控制装置接入的逆变器运行情况计算出各二级功率控制装置的有功功率设定值
Figure BDA0002254820580000032
通过以太网连接同步下发给各二级功率控制装置；
步骤3：根据计算出的各二级功率控制装置的有功功率设定值Po，同时根据二级功率控制装置获取到的各个逆变器实时功率Pr，计算有功功率设定值与实时功率值间差值ΔP；
ΔP＝∑Pr-Po
已知各逆变器最大有功功率Pmax，计算出各个逆变器当前有功功率的可调节余量Ph，
Ph＝Pmax-Pr
最后计算出各个逆变器的有功功率目标值Poi
Figure BDA0002254820580000041
步骤4：二级功率控制装置按照1-N的顺序，N为接入逆变器数量，在下发给逆变器的有功功率设置指令中，一次性写入所有接入逆变器的有功功率目标值，再采用广播的方式进行下发，由于逆变器不需要回复指令确认报文，因此二级功率控制装置无法第一时间确认逆变器是否成功接收到指令，二级功率控制装置采用多次重复发送有功功率设定指令的方式，减小逆变器未收到设置指令的可能性，重复发送指令的次数和间隔时间通过上位机下发重发次数和间隔时间设置参数进行控制；
步骤5：同一个二级功率控制装置接入的逆变器都有一个唯一的通信地址1-N，逆变器接收到广播有功功率设置指令后，在指令报文中，按照1-N的顺序查找到与自己通信地址对应位置的有功功率设定值，此设定值即为逆变器需要执行的目标值，执行即可。
本发明一种组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法，频率调节系统发送功率设置指令给二级功率控制装置后，二级功率控制装置计算出所有逆变器的有功目标值，广播发送包含所有逆变器的有功功率目标值的指令，逆变器接收到指令后，不需要进行回复确认，解析出与自身通信地址对应的有功功率设定值并执行即可，变压器测控装置通过RS485接入二级功率控制装置，二级功率控制装置直接采集变压器侧有功功率，上传给频率调节系统即可，频率调节系统根据此反馈值再次进行闭环调节。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
1)由于采集变压器侧数据需要的时间很短，约500ms，因此可以节省采集逆变器运行数据的时间，其次一次性通过广播指令发下所有逆变器的有功功率设定值，节省了依次下发指令的时间。
2)本发明方法综合了广播均分法与点对点轮发方式的优点，既满足了对控制精度的要求，又满足了对控制速度的要求。
3)调频系统通过以太网连接下发有功功率目标指令给二级功率控制装置，因为采用分级控制方式，二级功率控制装置的数量较少，便于调频系统一次性控制。
4)本发明方法充分兼容了现有通信方式，不需要对现有的通信网络进行改造，只需要采集变压器测控装置数据即可，可快速实现对已有电站的改造。
附图说明
图1为本组串式逆变器通信网络结构图。
图2为本发明组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明组串式逆变器光伏电站的通信网络由调频系统、k个二级功率控制装置、k个测控装置和多组逆变器组成，所述k个二级功率控制装置分别与k个测控装置通过RS485相连接，同时每个二级功率控制装置都通过RS485或电力载波连接与N台逆变器相连接，所述调频系统与k个二级功率控制装置采用光纤以太网相互连接，其中测控装置与二级功率控制装置之间是单向数据传输，是测控装置向二级功率控制装置传输数据；调频系统与k个二级功率控制装置之间、二级功率控制装置与逆变器之间都是双向数据传输。
如图2所示，本发明组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法，包括如下步骤：
步骤1：由于线路存在损耗，因此二级功率控制装置采集到的变压器侧有功功率会比逆变器所发出的有功功率小，但是此损耗是定值，因此对采集到的变压器侧有功功率进行系数校准，校准后的值即为总逆变器的有功功率值，调频系统获取当前二级功率控制装置上送的总逆变器有功功率值Pin，；调频系统检测到的当前并网点频率为f，如果f超出fN±fd的范围，并且Pin大于当前二级功率控制装置下的额定功率PG的10％，则调频系统确认需要调节有功功率，如不满足条件，则不需要调节有功功率；其中fN为系统基准频率，fd为预设的频率响应死区值；
步骤2：如需调节有功功率，调频系统根据
Figure BDA0002254820580000071
计算出调频系统总目标有功功率P，其中Pin为各二级功率控制装置上送的总逆变器有功功率值，PN为光伏电站总额定功率，f为并网点频率，fd为预设的频率响应死区值，fN为系统基准频率，δ％为预设的快频响应调差率；
同时再根据各二级功率控制装置接入的逆变器运行情况计算出各二级功率控制装置的有功功率设定值
Figure BDA0002254820580000072
通过以太网连接同步下发给各二级功率控制装置；
步骤3：根据计算出的各二级功率控制装置的有功功率设定值Po，同时根据二级功率控制装置获取到的各个逆变器实时功率Pr，计算有功功率设定值与实时功率值间差值ΔP；
ΔP＝∑Pr-Po
已知各逆变器最大有功功率Pmax，计算出各个逆变器当前有功功率的可调节余量Ph，
Ph＝Pmax-Pr
最后计算出各个逆变器的有功功率目标值Poi
步骤4：二级功率控制装置按照1-N的顺序，N为接入逆变器数量，在下发给逆变器的有功功率设置指令中，以逆变器总数+字节总数+逆变器有功设定值(1-N)的形式一次性写入所有接入逆变器的有功功率目标值，再采用广播的方式进行下发，由于逆变器不需要回复指令确认报文，因此二级功率控制装置无法第一时间确认逆变器是否成功接收到指令，二级功率控制装置采用多次重复发送有功功率设定指令的方式，减小逆变器未收到设置指令的可能性，重复发送指令的次数和间隔时间通过上位机下发重发次数和间隔时间设置参数进行控制；
步骤5：同一个二级功率控制装置接入的逆变器都有一个唯一的通信地址1-N，逆变器接收到广播有功功率设置指令后，在指令报文中，按照1-N的顺序查找到与自己通信地址对应位置的有功功率设定值，此设定值即为逆变器需要执行的目标值，执行即可。

Claims (1)

1.一种组串式逆变器光伏电站快速调频响应通信方法，组串式逆变器光伏电站的通信网络由调频系统、k个二级功率控制装置、k个测控装置和多组逆变器组成，所述k个二级功率控制装置分别与k个测控装置通过RS485相连接，同时每个二级功率控制装置都通过RS485或电力载波连接与N台逆变器相连接，所述调频系统与k个二级功率控制装置采用光纤以太网相互连接，其中测控装置与二级功率控制装置之间是单向数据传输，是测控装置向二级功率控制装置传输数据；调频系统与k个二级功率控制装置之间、二级功率控制装置与逆变器之间都是双向数据传输；
所述快速调频响应通信方法包括如下步骤：
步骤1：由于线路存在损耗，因此二级功率控制装置采集到的变压器侧有功功率会比逆变器所发出的有功功率小，但是此损耗是定值，因此对采集到的变压器侧有功功率进行系数校准，校准后的值即为总逆变器的有功功率值，调频系统获取当前二级功率控制装置上送的总逆变器有功功率值Pin，；调频系统检测到的当前并网点频率为f，如果f超出fN±fd的范围，并且Pin大于当前二级功率控制装置下的额定功率PG的10％，则调频系统确认需要调节有功功率，如不满足条件，则不需要调节有功功率；其中fN为系统基准频率，fd为预设的频率响应死区值；
步骤2：如需调节有功功率，调频系统根据
Figure FDA0002254820570000011
计算出调频系统总目标有功功率P，其中Pin为各二级功率控制装置上送的总逆变器有功功率值，PN为光伏电站总额定功率，f为并网点频率，fd为预设的频率响应死区值，fN为系统基准频率，δ％为预设的快频响应调差率；
同时再根据各二级功率控制装置接入的逆变器运行情况计算出各二级功率控制装置的有功功率设定值
Figure FDA0002254820570000021
通过以太网连接同步下发给各二级功率控制装置；
步骤3：根据计算出的各二级功率控制装置的有功功率设定值Po，同时根据二级功率控制装置获取到的各个逆变器实时功率Pr，计算有功功率设定值与实时功率值间差值ΔP；
ΔP＝∑Pr-Po
已知各逆变器最大有功功率Pmax，计算出各个逆变器当前有功功率的可调节余量Ph，
Ph＝Pmax-Pr
最后计算出各个逆变器的有功功率目标值Poi
Figure FDA0002254820570000022
步骤4：二级功率控制装置按照1-N的顺序，N为接入逆变器数量，在下发给逆变器的有功功率设置指令中，一次性写入所有接入逆变器的有功功率目标值，再采用广播的方式进行下发，由于逆变器不需要回复指令确认报文，因此二级功率控制装置无法第一时间确认逆变器是否成功接收到指令，二级功率控制装置采用多次重复发送有功功率设定指令的方式，减小逆变器未收到设置指令的可能性，重复发送指令的次数和间隔时间通过上位机下发重发次数和间隔时间设置参数进行控制；
步骤5：同一个二级功率控制装置接入的逆变器都有一个唯一的通信地址1-N，逆变器接收到广播有功功率设置指令后，在指令报文中，按照1-N的顺序查找到与自己通信地址对应位置的有功功率设定值，此设定值即为逆变器需要执行的目标值，执行即可。
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