光伏電站多逆變器有功功率控制方法
【專利摘要】本發明涉及一種光伏電站多逆變器有功功率輸出的控制方法：由運行廠家確定一臺樣板逆變器，以此確定各逆變器輸出功率的上下限；根據響應速度快慢將逆變器分為慢速響應逆變器和快速響應逆變器兩類，只對快速逆變器進行有且操作；設置有功功率調度指令上限判斷環節，對有功功率調度指令進行修正；設置功率調節死區判斷環節；設置功率平衡機制，在調節指令變化時，首先快速響應逆變器主要承擔功率調節任務，使光伏電站的輸出功率快速接近調節指令，同時對慢速逆變器以快速逆變器相同的功率參考值進行調節，將功率調節任務在兩類逆變器之間進行動態平衡。本發明能夠實現光伏電站有功功率輸出的快速準確調節，并能夠應對后續調節任務。
【專利說明】
光伏電站多逆變器有功功率控制方法
技術領域
[0001] 本發明屬于新能源光伏發電、電網調度技術領域，是一種能實現光伏電站有功功 率輸出快速、準確調節的控制方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，W光伏和風電為代表的新能源的開發與利用越來越受到各國的重視。光 伏發電受太陽能資源的制約，具有隨機性、間歇性、周期性W及波動性的特點，隨著光伏電 站裝機容量的快速增長，其對電力系統的影響也越來越大。為了減小大規模光伏并網對電 網造成的影響，國家電網公司于2011年5月發布《光伏電站接入電網技術規定》中規定"大中 型光伏電站應配備有功功率控制系統，具備有功功率調節能力。能夠接收并自動執行調度 部口發送的有功功率變化的控制指令，確保有功功率及有功功率變化按照電力調度部口的 要求運行"。
[0003 ]光伏電站的有功功率控制能夠使光伏電站的有功出力準確跟蹤電網調度值，并降 低光伏電站對電網的沖擊。目前，光伏電站有功功率控制策略在進行功率分配的過程中對 逆變器實行統一調節，W簡單的平均分配方式處理光伏電站的功率調節任務，并沒有考慮 光伏電站內光伏逆變器響應特性的差異，并且尚未見到針對光伏逆變器響應特性差異進行 功率分配研究的文獻。然而，在實際光伏電站中，由于光伏電站的建設工期W及光伏逆變器 生產廠家、產品型號等因素的影響，逆變器的響應特性存在差異，運使得光伏電站內逆變器 的有功調節速度不同，有的逆變器對有功功率調節指令可W做出快速響應，而有的逆變器 則響應速度較慢。若僅用簡單的平均分配方式處理光伏電站的功率調節問題，必然會使有 功功率的調節時間過長，進而導致光伏電站整體有功功率調節速度減慢。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種適用于用于大、中型光伏電站的光伏電站多逆變器有功 功率控制方法。本發明考慮逆變器之間響應特性的差異，充分利用快速響應逆變器響應速 度快的特點，W實現光伏電站有功功率的快速、準確調節，并能保留此部分逆變器的調節能 力W應對后續調節任務。本發明的技術方案如下：
[0005] -種光伏電站多逆變器有功功率控制方法，包括下列步驟：
[0006] (1)由光伏電站運行廠家指定一臺樣板逆變器MIV，W確定單臺逆變器的功率參考 值范圍，MIV-直W最大預測功率輸出，且只與光照、溫度有關，設定參數包括:MIV最大預測 功率Pmiv_max;MIV最小啟動功率Pmiv_min;給出其余各個逆變器功率參考值Pi_ref ;
[0007] 對于各個其余逆變器，當Pi_ref大于Pmiv_max，將Pi_ref設定為Pmiv_max ;當Pi_ref小于 Pmiv_min，將Pi_ref設定為Pmiv_min或是將該逆變器切除；
[000引（2)根據響應速度快慢將其余逆變器分為兩類：
[0009] 1)慢速響應逆變器:投入運行的該類逆變器一般不做啟停操作
[0010] 2)快速響應逆變器：當需要對光伏電站內逆變器數量進行調整時，改變此類逆變 器的投運數量
[0011] (3)光伏電站內安裝的有功功率控制系統接收有功功率調度指令或本地有功功率 調度指令PsEh，通過信息采集設備收集各類逆變器的數量W及運行狀態信息；
[0012] (4)設置有功功率調度指令上限判斷環節，對有功功率調度指令PsEh進行修正
[0013] 通過對PsEh與光伏電站有功容量Pmax進行比較，判斷功率調節是否超出光伏電站的 有功輸出上限。當Psch大于Pmax,將Psch限制在Pmax,繼續進行后續功率調節；當Psch小于Pmax,按 照給定調節指令進行后續功率調節；
[0014] (5)設置功率調節死區判斷環節
[001引通過對步驟(4)得到的Psch與當前PCC點實際功率輸出值Pout進行比較，得至恍伏電 站功率調節差值AP，當AP大于功率調節死區設定值Pdeadzcme,繼續功率調節；當AP小于 Pdeadzone，不再進行功率調節；
[0016] (6)設置Imin和IOmin有功功率變化率限制環節，計算得到本控制周期光伏電站的 調節功率參考值Pref,設定參數包括:光伏電站過去Imin和IOmin輸出有功功率最大值與最 小值Pl_min、Pl_max、Pl()_min、Pl()_max，光伏電站lmin和10min有功功率變化率最大限制APl、A PlO;
[0017] 1)對于光伏電站Imin有功功率變化率限制：當Psch大于Pl_min+APl，設定Psch = Pl_min + APl ;當Psch小于Pl_max-APl，設定Psch = Pl_max-APl ;在其他范圍時，設定Psch保持原值不變； [001引 2)對于光伏電站IOmin有功功率變化率限制：當Psch大于PlO_min+APlO,設定Psch = PlOjnin+ZXPlO ;當Psch 小于PlOjnax-ZXPlO ,設走Psch 二 PlO_max-ZXPlO ;在其他化圍時，設走Psch 保持 原值不變；
[0019] 通過上述步驟得到本控制周期光伏電站的功率調節參考值Pref;
[0020] ( 7 )設置功率平衡機制，主要包括兩部分：
[0021 ] 1)計算計劃投入運行的快速響應逆變器的功率參考值
[002^ 將本控制周期內功率調節參考值Pref中超出MIV輸出功率Pmiv_max和慢速響應逆變 器出力Pl部分作為快速響應逆變器的調節目標值，計算快速響應逆變器的計劃投入數量N 和功率參考值Ppref;
[0023] 2)兩類逆變器功率輸出的動態平衡
[0024] 為了保留快速響應逆變器應對后續功率調節任務的調節能力，在光伏電站有功功 率調節過程中，W快速響應逆變器相同的功率參考值調節慢速響應逆變器，運樣可W在光 伏電站功率輸出快速滿足調節指令的基礎上，實現調節指令在兩類逆變器之間的動態平 衡。
[0025] (8)根據步驟(6)中得到的本控制周期光伏電站功率調節參考值Pref,利用步驟(7) 中功率平衡機制計算計劃投入運行的快速響應逆變器數量W及每臺逆變器的功率參考值， 使光伏電站在逆變器功率參考值滿足上下限值要求情況下投入最少數量的逆變器；
[0026] (9)根據步驟(8)得到的逆變器數量對光伏電站內投入運行的快速響應逆變器進 行調整，并將逆變器功率參考值分配給每臺投入運行的逆變器；
[0027] (10)判斷光伏電站功率輸出是否達到指令值要求，若未達到要求，則重復執行上 述步驟(3)~(9)，若達到要求，則保持光伏電站出力不變直到下個調節指令到來。
【附圖說明】
[0028] 圖1光伏電站S相并網發電系統拓撲圖
[0029] 圖2光伏電站有功功率控制系統示意圖
[0030] 圖3上限判斷環節流程圖
[0031] 圖4調節死區判斷環節流程圖
[0032] 圖5有功功率變化率限制環節流程圖
[0033] 圖6功率參考值計算流程圖
[0034] 附圖中及文字中各標號的含義：
[0035] MIV為樣板逆變器，PVl~PV4為逆變器；
[0036] Pref為本控制周期光伏電站的功率調節參考值;Piref與Picmt分別為光伏電站第i臺 逆變器的功率參考值與輸出值；
[0037] Ps。功功率調節指令;Pmax為光伏電站當前功率預測值；
[0038] Pnut為光伏電站當前功率輸出值;Pdeadznne為光伏電站功率調節死區設定值;AP為 光伏電站功率調節指令值與功率輸出值的差值；
[0039] ?1_。1。、？1_。3、、？1日_。1。、？1日_。3、分別為光伏電站過去1111111和1〇111111輸出有功功率最大值 與最小值;APi、APiG為光伏電站Imin和IOmin有功功率變化率最大限制；
[0040] Pl為慢速逆變器當前功率輸出值;Pmiv_max為MIV當前預測功率，也是MIV的輸出功率 W及每臺逆變器輸出功率的上限值;Pmiv_min為MIV當前最小啟動功率，也是每臺逆變器輸出 功率的下限值;N?_功投入運行的慢速逆變器數量;N?_2為光伏電站內快速逆變器的數量； 化為計劃投入運行的快速逆變器數量;Pref_i為單臺光伏逆變器的功率參考值；
【具體實施方式】
[0041 ]下面將結合實施例及參照附圖對該發明的技術方案進行詳細說明。
[0042] 本實施例W圖1所示的光伏電站并網發電系統拓撲圖為例，圖中一臺樣板逆變器 MIV，一臺慢速響應逆變器，=臺快速響應逆變器
[0043] (1)光伏電站運行廠家通過場站運行數據或產品參數指定一臺運行性能穩定、響 應速度快的逆變器作為樣板逆變器MIV，MIV-直工作在最大功率模式下，輸出功率只與光 照強度和溫度有關，不接收功率調節指令，即向外輸出有功但不參與有功調節；圖1中MIV為 樣板逆變器。MIV的最大運行功率Pmiv_max，最小啟動功率Pmiv_min，并作為各運行逆變器的輸出 功率的上下限，當單臺光伏逆變器功率參考值Pref_i大于MIV最大預測功率Pmiv_max，將Pi_ref設 定為Pmiv_max ;對于慢速響應逆變器逆變器，功率參考值Pref_i小于MIV最小啟動功率Pmiv_min， 將Pref_i設定為Pmiv_min，對于快速響應逆變器，功率參考值Pref_i小于MIV最小啟動功率Pmiv_min 時將該逆變器切除；
[0044] (2)根據光伏電站歷史數據將MIV之外的逆變器分為慢速響應逆變器和快速響應 逆變器，圖1中PVl為慢速響應逆變器，PV2~PV4為快速響應逆變器
[0045] (3)光伏電站內有功功率控制系統接收有功功率調度指令(計劃曲線或實時指令） 或本地指令PsEh，通過信息采集設備收集各類逆變器的數量W及運行狀態信息;功率控制系 統結構圖如圖2所示。采集信息包括功率指令、光伏電站功率預測、光伏電站變化率限制、控 制模式、并網點輸出功率、各逆變器的運行狀態信息。
[0046] (4)根據圖3所示的功率上限判斷環節，判斷調節指令是否超出光伏電站的輸出功 率上限，對調節指令進行調整：當調節指令PsEh大于光伏電站有功容量Pmax,將調節指令限制 在光伏電站有功容量Pmax,繼續進行功率調節；當調節指令PsEh小于光伏電站有功容量Pmax, 按照給定調節指令值進行功率調節；
[0047] (5)根據圖4所示的功率調節死區判斷環節，判斷經步驟(4)調整之后的調節指令 是否在當前光伏電站的調節死區內：
[004引 I Psch-Pout I〉Pdeadzone ,繼續進竹*后續功率調 T* 步驟；I Psch-Pout I《Pdeadzone ,退出功 率調節；
[0049] (6)根據圖5所示的光伏電站Imin和IOmin有功功率變化率限制環節流程圖，使光 伏電站本控制周期的調節參考值滿足國網標準規定的變化率限制：
[0050] 1)對于光伏電站Imin有功功率變化率限制：
[0051 ] Psch〉Pl_min+ZXPl ,設走Psch 二 Pljnin+ZXPl ; Psch<Pl_majc-ZXPl ,設走Psch二 Pljnajc-ZXPl ; Pl_max-APl<Psch<Pl_min+APl，設定Psch = Psch,然后將此步調整后的指令值Psch輸入到IOmin 變化率限制環節
[0052] 2)對于光伏電站Imin有功功率變化率限制：
[005引 Psch〉Pl_min+ZXPl ,設走Psch 二 Pljnin+ZXPl ; Psch<Pl_majc-ZXPl ,設走Psch二 Pljnajc-ZXPl ; Pl_max-APl<Psch<Pl_min+APl，設定Psch = Psch。將經過此步驟調整的指令值Psch作為光伏電 站本控制周期的調節參考值Pref，即PsGh = Pref ;
[0054] (7)根據功率平衡機制，
[(K)對 1)將本控制周期的調韋T參老值Prpf中協mMIV出力Pmiv_max和PVl出力Pl部分作為PV2 ~PV4的調節目標值，通過公;十算Ppref W及使Ppref滿足Pmiv_min《Ppref《 Pmiv_max的PV2~PV4最少投入數量化；
[0056] 2)使PVl與PV2~PV4中投入運行的逆變器功率參考值保持相同，即Pl_ref = P2_ref， Pl_ref為PV1功率參考值，P2_ref為PV2~PV4中投入運行的逆變器功率參考值；
[0057] 通過步驟1)，首先由快速響應逆變器PV2~PV4主要承擔光伏電站的功率調節任 務，使光伏電站輸出功率能夠在短時間內接近調節指令，由于步驟2)使得PVl與快速逆變器 的參考值相同，所W隨著調節的進行，PVl出力Pl會變化，因此Ppref也會進行調整，運樣光伏 電站內慢速逆變器與投入運行的快速逆變器之間出力會進行動態平衡，到最終穩態時，兩 類PVl與PV2~PV4中投入運行的逆變器輸出功率保持相同；
[005引（8)根據步驟(7)中計算的公式和條件，計算本控制周期逆變器的投入數量W及各 運行逆變器的功率參考值：
[0059] 1)將快速逆變器的數量化從1開始依次增加，直到滿足Ppref《Pmiv_max;
[0060] 2 )再對化值進行調整，直到滿足Ppre冷Pmiv_min ;
[0061] 3)判斷化是否超出光伏電站內快速逆變器的數量N?_2,若超出則將全部快速逆變 器投入運行;若值已經降到1，則將快速逆變器全部切除，只有慢速響應逆變器參與調節，利 用公式
計算此時慢速逆變器的功率參考值，然后對其進行調整使滿足 Pmiv_min《Pref_i《Pm iv jnax ；
[0062] 4)根據調整之后的化計I ，然后對其進行調整使滿足Pmiv_min 《Pref_i《Pmiv_max ;
[0063] (9)根據步驟(8)計算結果調整光伏電站中投入運行的快速響應逆變器的數量，對 PV2~PV4的投切情況進行調整，并將功率參考值分配給投入運行的逆變器；
[0064] (10)通過功率控制系統判斷光伏電站功率輸出是否達到調節指令要求，若沒有則 繼續進行步驟(3)~(9)直到達到調節指令或新的調節指令到來。
【主權項】
1. 一種光伏電站多逆變器有功功率控制方法，包括下列的步驟： (1)由光伏電站運行廠家指定一臺樣板逆變器MIV，以確定單臺逆變器的功率參考值范 圍，MIV-直以最大預測功率輸出，且只與光照、溫度有關，設定參數包括:MIV最大預測功率 Pmiv_max;MIV最小啟動功率Pmiv_min;給出其余各個逆變器功率參考值Pi_ rrf; 對于各個其余逆變器，當Pi_rrf大于Pmiv_max，將Pi_rrf設定為Pmiv_m ax ;當Pi_rrf小于Pmiv+min， 將Pi_ref設定為Pmiv_min或是將該逆變器切除； (2 )根據響應速度快慢將其余逆變器分為兩類： 1 )慢速響應逆變器:投入運行的該類逆變器一般不做啟停操作 2)快速響應逆變器：當需要對光伏電站內逆變器數量進行調整時，改變此類逆變器的 投運數量 (3) 光伏電站內安裝的有功功率控制系統接收有功功率調度指令或本地有功功率調度 指令Ρ_，通過信息采集設備收集各類逆變器的數量以及運行狀態信息； (4) 設置有功功率調度指令上限判斷環節，對有功功率調度指令Pseh進行修正 通過對與光伏電站有功容量Pmax進行比較，判斷功率調節是否超出光伏電站的有功 輸出上限。當Psch大于Pmax，將Psdi限制在Pmax，繼續進行后續功率調節；當Psdi小于Pmax，按照給 定調節指令進行后續功率調節； (5 )設置功率調節死區判斷環節 通過對步驟⑷得到的Psch與當前PCC點實際功率輸出值行比較，得到光伏電站功 率調節差值ΛΡ，當ΛΡ大于功率調節死區設定值PdMdzc^，繼續功率調節；當ΛΡ小于 Pcbadzone，不再進行功率調節； (6) 設置lmin和lOmin有功功率變化率限制環節，計算得到本控制周期光伏電站的調節 功率參考值Prrf，設定參數包括:光伏電站過去lmin和lOmin輸出有功功率最大值與最小值 卩1^ 11、？1，\、？1(^11、？1()，\，光伏電站11^11和1〇1^11有功功率變化率最大限制厶?1、厶?1〇 ; 1) 對于光伏電站lmin有功功率變化率限制：當Psch大于Ρυη+ΛΡι，設定Psch = Pi』in+A Pi;當Psch小于Pi_mX-APi，設定P sch=Pi_mX-APi;在其他范圍時，設定Psch保持原值不變； 2) 對于光伏電站lOmin有功功率變化率限制：當Psch大于PltLmin+APlQ，設定Psch = Pl(Lmin+ ΛΡ?Ο ;當Psch小于Pl()_max-APl()，設定Psch = PlO_max-APl();在其他范圍時，設定Psch保持原值不 變； 通過上述步驟得到本控制周期光伏電站的功率調節參考值Pref; (7) 設置功率平衡機制，主要包括兩部分： 1) 計算計劃投入運行的快速響應逆變器的功率參考值 將本控制周期內功率調節參考值Pref中超出MI V輸出功率Pmiv_max和慢速響應逆變器出力 Pi部分作為快速響應逆變器的調節目標值，計算快速響應逆變器的計劃投入數量N和功率 參考值Pprrf ; 2) 兩類逆變器功率輸出的動態平衡 為了保留快速響應逆變器應對后續功率調節任務的調節能力，在光伏電站有功功率調 節過程中，以快速響應逆變器相同的功率參考值調節慢速響應逆變器，這樣可以在光伏電 站功率輸出快速滿足調節指令的基礎上，實現調節指令在兩類逆變器之間的動態平衡。 (8) 根據步驟(6)中得到的本控制周期光伏電站功率調節參考值Prrf，利用步驟(7)中功 率平衡機制計算計劃投入運行的快速響應逆變器數量以及每臺逆變器的功率參考值，使光 伏電站在逆變器功率參考值滿足上下限值要求情況下投入最少數量的逆變器； (9) 根據步驟(8)得到的逆變器數量對光伏電站內投入運行的快速響應逆變器進行調 整，并將逆變器功率參考值分配給每臺投入運行的逆變器； (10) 判斷光伏電站功率輸出是否達到指令值要求，若未達到要求，則重復執行上述步 驟(3)~(9)，若達到要求，則保持光伏電站出力不變直到下個調節指令到來。
【文檔編號】H02J3/48GK105978043SQ201610475311
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月21日
【發明人】李永麗, 馬立凡, 常曉勇
【申請人】天津大學