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光伏电站并网有功功率控制策略的设计与实现

2015-12-30汤海宁朱守让王伟

电网与清洁能源 2015年8期
关键词:停机队列控制策略

汤海宁,朱守让,王伟

(国电南瑞南京控制系统有限公司,江苏 南京 210061)

光伏电站并网有功功率控制策略的设计与实现

汤海宁,朱守让,王伟

(国电南瑞南京控制系统有限公司,江苏 南京 210061)

光伏电站有功功率输出值能够按照电网调度的指令进行高效、合理的调节已经成为大规模光伏电站并网的强制性要求。该文研究了光伏电站有功功率控制的现状,提出一种基于光伏逆变器的光伏电站有功功率控制策略,并通过现场的实际运行验证了该策略的可行性。

光伏电站;逆变器;有功功率控制

随着能源危机的加剧,作为新能源之一的光伏发电正逐步得到国家的重视与扶持,大规模光伏电站不断接入电网,光伏发电对电网的影响越来越大,而基于光伏发电的间歇性强、随机性大、稳定性差和分布不均匀等特点,同时也使得电网的实时运行调度难度也越来越大[1]。

国家电网公司于2011年5月发布的《光伏电站接入电网技术规定》[2]指出:“光伏电站应具备有功功率调节能力,能够接收、自动执行调度部门的控制指令,确保有功功率及有功功率变化按照调度部门的要求运行”。

按照这一规定,光伏电站应积极建设有功功率控制系统,保证大规模光伏电站并网后电网的安全稳定运行,提高电网接纳光伏发电的能力。

1 现有光伏电站并网有功功率控制方法概述

当前光伏电站中使用的有功功率调节基本采用人工手动调节的方式。由光伏电站值班人员将调度的有功功率目标值与光伏电站此时的有功功率实发值进行差值比较,借助光伏电站中的控制装置手动控制光伏逆变器启/停,升/降功率,从而控制光伏电站并网点的有功功率达到调度要求的目标值。这种方式存在下述缺陷。

1)由于该方式是通过操作人员手动来完成的,即操作人员接到调度调节要求后,通过差值计算手动控制光伏电站内的逆变器启/停、升/降功率,时间上有一定的滞后,因而存在误差大、响应速度慢等问题,操作速率和效率都比较低。

2)这种调节方式没有结合光伏电站内各逆变器的具体运行状况,如逆变器运行时间,而是由操作人员较为随机地进行操作。因此,该方式不仅高度依赖相应逆变器工作的可靠性,而且还因随机地操作会使某些逆变器长时间一直在运行,而另一些逆变器则长时间停机,从而导致逆变器故障率提升。同时,光伏逆变器频繁地启/停本身不仅会影响其稳定性和安全性,而且也会降低光伏逆变器的使用寿命。

考虑到手动控制调节光伏电站有功功率的诸多弊端,近年来有学者提出了一些新的控制调节方法,如在光伏电站中增加储能电池设备以进行有功功率调节[3];光伏电站设计时配置具有转向功能的光伏板件支架,通过调整光伏板件的角度实现有功功率的调节[4]等。通过调研发现,储能电池系统在光伏电站中的应用目前还处于试点阶段,且储能电池具有危险性高,污染环境的缺点,在储能电池技术尚未成熟的情况下利用储能电池设备实现对光伏电站进行有功功率控制的可行性不大;考虑到设备成本及可靠性等问题,国内已建成的光伏电站中大多采用固定支架形式的光伏发电组件,且光伏电站支架数量非常多,如果通过调整光伏板件角度来调节光伏电站有功功率将增加监控系统的系统资源开销,影响电站的运行安全,因此这种方式也不具有推广价值。

2 基于光伏逆变器的光伏电站并网有功功率控制策略设计

光伏监控系统可以对站内逆变器进行遥调操作,实现单台逆变器的有功功率控制。基于这一模式,本文提出了一种能够及时准确地调整光伏电站并网点的有功功率,同时充分考虑了各光伏逆变器的实际工作情况,提高其运行的稳定性和安全性的光伏电站有功功率控制策略[5-8]。图1所示为光伏电站有功功率控制策略的流程图。

1)测量得到光伏电站并网点的有功功率实发值Pmea,计算并 网点有功 功率目 标值 Ptarget与有 功功 率实发值Pmea的差值,记为有功功率偏差。

2)设置有功功率偏差的死区阀值δ,若有功功率偏差的绝对值大于死区阀值δ则进入步骤3),否则返回步骤1)。

图1 光伏电站有功功率控制策略的流程图Fig.1 Flow chart of active power control strategy for the photovoltaic power station

3)根据实时辐照辐度和组件温度数据,计算各光伏电站的最大有功功率。

参照各类型太阳能发电组件的功率输出特性,计算各光伏逆变器的最大有功功率,其中光伏组件为非晶硅或多晶硅材料时计算公式如下:

式中:Psmax为单片光伏组件在当前辐照辐度和组件温度情况下的最大有功功率;Pimax为第i台光伏逆变器在当前辐照辐度和组件温度情况下的最大有功功率;n为与第i逆变器相关联的光伏组件数目;P为组件标称功率;a为组件温度系数,不同组件材料a值不同,约为-2.3%;d为辐照幅度;T为组件温度;κ为衰减系数,按每年0.9%累计计算;η1为组合损失取5%,η2为线损及二极管导通压降损失取3%;η3为灰尘及遮阴损失取1%~10%。

4)根据各光伏逆变器的当前实发有功功率和最大有功功率,计算有功增裕度系数和有功减裕度系数,依据有功增裕度系数和有功减裕度系数的大小,生成有功增裕度队列和有功减裕度队列,具体步骤如下:

式中:Pmea为第i台光伏逆变器有功功率实发值。

按照有功增裕度系数由大到小的顺序进行排列,生成有功增裕度队列;

式中:Pimea为第i台光伏逆变器有功功率实发值;Pimin为第i台光伏逆变器最小运行功率,由各逆变器的型号及参数决定,是逆变器的参数之一。

按照有功减裕度系数由大到小的顺序进行排列,生成有功减裕度队列。

5)计算所有运行的可调光伏逆变器的有功增裕度总和、有功减裕度总和,具体步骤如下:

式中:m为光伏逆变器台数;

式中:m为光伏逆变器台数。

6)依据各光伏逆变器的累计停机时间和累计运行时间的长短,生成开机队列和停机队列,具体为:

①开机队列的生成

记录各光伏逆变器本次停机的时间,当光伏逆变器本次停机的时间超过最短停机时间后,光伏逆变器可以加入到开机队列,再次开机。

将光伏逆变器本次停机的时间加上以前累计停机的时间即得到逆变器累计停机时间,按照逆变器累计停机时间由长到短的顺序进行排列,生成开机队列。

②停机队列的生成

记录各光伏逆变器本次运行的时间,当光伏逆变器本次运行的时间超过最短开机时间后,光伏逆变器可以加入到停机队列,再次停机。

将光伏逆变器本次运行的时间加上以前累计运行的时间即得到逆变器累计运行时间,按照逆变器累计运行时间由长到短的顺序进行排列,生成停机队列。

7)根据有功功率偏差,确定功率调整策略,具体方法为:

若有功功率偏差ΔP大于零,转至步骤(A),若有功功率偏差ΔP小于零,转至步骤(B)。

8)根据功率调整策略,向光伏逆变器发出控制指令。

9)等待光伏逆变器执行指令动作完成后,返回步骤1)。

3 策略实现形式

上述光伏电站并网有功功率控制策略可以以程序模块嵌入光伏电站监控系统的方式实现,也可以以有功功率控制装置的形式实现。在国家电网公司张北风光储送示范工程一期光伏区采用的是有功功率控制装置形式。

国网张北风光储送示范工程光伏区内共有38个逆变器小室,每个逆变器小室中有2台逆变器,其中30个逆变器小室中为60台500 kW型逆变器,另外8个逆变器小室中为16台630 kW型逆变器,光伏发电总容量为40.08 MW。在该电站的监控系统中,全景监控系统负责全站的统一监控和调度,而光伏电站集成监控系统专门负责光伏设备监控。

在电站实际运行中,光伏电站集成监控系统设置为有功功率自动控制模式,全景监控系统向光伏监控系统下达总有功功率出力指标,光伏电站集成监控系统将总有功功率出力设定值下发给光伏有功功率控制装置。光伏有功功率控制装置依据上文所述的控制策略,通过各子光伏发电单元中的通讯管理机向各逆变器进行有功功率控制。该工程有功功率控制策略架构如图2所示。

图2 有功功率策略实现架构Fig.2 Structure chart of the active power strategy

其中,站控层所属设备全景监控系统、光伏电站集成监控系统及光伏有功功率控制装置之间采用以太网方式通讯;子光伏发电单元中的通讯管理机与逆变器之间通过串口通讯;站控层与各子光伏发电单元及各子光伏发电单元之间采用光纤通讯。

4 控制效果分析

国网张北风光储送示范工程全景监控系统于2011年12月13日11时27分42秒显示光伏区设定有功功率值为18.75MW,实测有功功率值为18.72 MW。操作人员通过全景监控系统分别于11时28分和11时32分向光伏监控系统下达20.00 MW、21.75 MW的总有功功率出力指标,通过全景监控系统实测的有功功率控制的效果如图3所示。

图3 有功功率控制效果Fig.3 Effect figure of the active power control

这一控制效果证明,本策略可以实现有功功率的平滑调节,较好地满足大型光伏电站有功功率控制的运行需求。

5 结语

光伏电站有功功率控制策略的应用与实现,能够为电网对于光伏电站的调度提供有效的有功功率调节工具,从而提高了电网接纳光伏发电的能力,满足大型光伏电站并网的技术要求,进一步保证电网的安全稳定运行。

[1]康重庆,陈启鑫,夏清.低碳电力技术的研究展望[J].电网技术,2009,33(2):1-7. KANG Chongqing,CHEN Qixin,XIA Qing.Prospects of 1ow-carbon electricity[J].Power System Technology,2009,33(2):1-7(in Chinese).

[2]Q/GDW 617-2011光伏电站接入电网技术规定[S].北京:国家电网公司,2011.

[3]李碧辉,申洪,汤涌,等.风光储联合发电系统储能容量对有功功率的影响及评价指标[J].电网技术,2011,35(4):123-128. LI Bihui,SHEN Hong,TANG Yong,et al.Impacts of energy storage capacity configuration of HPWS to active power characteristics and its relevant indices[J].Power System Technology,2011,35(4):123-128(in Chinese).

[4]王文平,李军,梁勃,等.无储能并网光伏电站的出力调节方式[J].可再生能源,2012,30(12):81-84. WANG Wenping,LI Jun,LIANG Bo,et al.Output regulation of PV plant without energy storage[J].Renewable Energy Resources,2012,30(12):81-84(in Chinese).

[5]杨桂兴,周建邦,常喜强.新疆电网风电有功功率控制系统的设计与应用[J].电网与清洁能源,2013,29(9):99-102. YANG Guixing,ZHOU Jianbang,CHANG Xiqiang.Design and application for wind active power control system in xinjiang power grid[J].Power System and clean Energy,2013,29(9):99-102(in Chinese).

[6]邹见效,李丹,郑刚,等.基于机组状态分类的风电场有功功率控制策略[J].电力系统自动化,2011,35(24):28-32. ZOU Jianxiao,LI Dan,ZHENG Gang,et al.An active control scheme for wind farms based on state classifieation algo-rithm[J].Automation of electric Power Systems,2011,35(24):28-32(in Chinese).

[7]张利,王成福,牛远方.风电场输出有功功率的协调分配策略[J].电力自动化设备,2012,32(8):101-105,112. ZHANG Li,WANG Chengfu,NIU Yuanfang.Coordinative distribution strategy of wind farm out active power[J]. electric Power Automation Equipment,2012,32(8):101-105,112(in Chinese).

[8]李静坤,姚秀萍,旷瑞明,等.新疆风电场有功功率控制策略与实现[J].电力系统自动化,2011,35(24):44-46. LI Jingkun,YAO Xiuping,KUANG Ruiming,et al.Wind farm active power control strategy and implementation in Xinjiang[J].Automation of electric Power Systems,2011,35(24):44-46(in Chinese).

(编辑 徐花荣)

Design of Grid-Connected Photovoltaic Power Station Active Power Control Strategy

TANG Haining,ZHU Shourang,WANG Wei
(State Grid NARI-TECH Control Systems Ltd.,Nanjing 210061,Jiangsu,China)

It has become the mandatory requirements in a 1arge-scale grid-connected photovoltaic(PV)generation station that the active power output value be adjusted efficiently and reasonably in accordance with the scheduling command of the power grid.Based on the current situation of the active power control in the PV generation station,this paper presents a new kind of control strategy of the active power in the PV generation station based on the photovoltaic inverter.The actual field operation test has verified feasibility of the strategy.

2014-04-15。

汤海宁(1982),男,工程师,研究方向为电力系统监控,新能源发电监控;

朱守让(1969),男,高级工程师,研究方向为电力系统监控,新能源并网;

王 伟(1967),男,高级工程师,研究方向为电力系统监控,新能源发电监控。

国家电网公司资助研究项目:“规模化光伏发电运行控制关键技术研究与示范”(国家电网科[2012]515号文及附件)。

Project Supported by State Grid Corporation Support Project:Research and Demonstration of the Key Control Technology for Largescale Photovoltaic Power plant.

1674-3814(2015)08-0075-0 5

TM615

A

KEY W0RDS:PV generation station;inverter;active power control

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