分布式光伏電站區(qū)域智能調(diào)控系統(tǒng)的分析

王振宇　梅娟

摘要：隨著國家電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，光伏變電站的數(shù)量逐漸增加，而且由于各站之間的距離相對較長，各變電站的調(diào)度和維護(hù)比較困難。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)人員提出了一種區(qū)域智能控制系統(tǒng)，不僅減輕了主站的負(fù)擔(dān)，而且提高了控制的速度和精度。本文就分布式光伏電站區(qū)域智能調(diào)控系統(tǒng)開展探究與分析。

關(guān)鍵詞：分布式;光伏電站;智能調(diào)控

隨著國家審批權(quán)的放開和各項(xiàng)政策的出臺，分布式發(fā)電技術(shù)迎來了新一輪的發(fā)展，特別是光伏發(fā)電，具有分布廣泛、無污染、可再生能源等優(yōu)點(diǎn)，有著更廣闊的市場空間[1]。為了提高電網(wǎng)接受分布式光伏發(fā)電的能力，減少分布式光伏發(fā)電對電網(wǎng)運(yùn)行的負(fù)面影響，調(diào)度系統(tǒng)的調(diào)節(jié)指令可以自動接收，有必要研究分布式光伏發(fā)電的光伏電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

一、影響分布式光伏電站作業(yè)效率因素

光伏電站的發(fā)電量主要取決于當(dāng)?shù)氐奶柲苣茉春凸夥l(fā)電的效率，同時也受到許多因素的影響，如運(yùn)行方式、電池的表面清潔度、線損等[2]。影響光伏發(fā)電效率的最重要因素是光伏陣列的效率，即1000w/m2太陽能輻射強(qiáng)度下，實(shí)際的直流與光伏陣列的額定功率之比。太陽能光伏陣列的能量轉(zhuǎn)換損失包括： 組件匹配損失、太陽能輻射損失、溫度效應(yīng)、最大功率點(diǎn)精度和直流線損失，以及由于樹木、云層等陰影造成的屏蔽損失。

二、分布式光伏電站區(qū)域智能調(diào)控系統(tǒng)

（一）區(qū)域智能調(diào)控系統(tǒng)

為了解決上述提到的問題，本文提出了一種分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的區(qū)域智能控制設(shè)備，它支持遠(yuǎn)程控制和就地控制。遠(yuǎn)程控制的遙控系統(tǒng)是根據(jù)控制中心的指令調(diào)節(jié)，就地控制是控制設(shè)備接收手動預(yù)置的指令，而不經(jīng)過控制中心。通過這種方式，區(qū)域智能控制器主要建立了連接光伏總站監(jiān)視和本地設(shè)備的橋梁，起到了“前后連接”的作用。如圖1為分布式光伏電站的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

（二）遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)

計算機(jī)組具有數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送、硬件初始化和電路校正等功能，并用相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)分布式光伏電站的遠(yuǎn)程校正，通過驅(qū)動分布式光伏電站遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件，然后對載波進(jìn)行監(jiān)控[3]。載波是由CISC單片機(jī)中的振蕩器生成的，它可以通過系統(tǒng)監(jiān)控判斷分布式光伏電站的遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)是否正常運(yùn)行。 當(dāng)載波不存在時，硬件將被重新初始化。如果硬件初始化持續(xù)超過5次，計算機(jī)組將輸出錯誤日志并發(fā)出警報，維修人員將進(jìn)行干預(yù)。在過濾監(jiān)測成功之后，建立遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與分布式光伏發(fā)電廠的電路正確連接，并在連接成功后遠(yuǎn)程發(fā)送和接收監(jiān)控數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)對分布式光伏電站的安全隱患進(jìn)行修正。

三、分布式光伏電站智能功率調(diào)節(jié)

（1）在主控臺收到調(diào)度中心發(fā)出的調(diào)度指令Pref，或當(dāng)本地預(yù)置調(diào)度指令Pref后，根據(jù)當(dāng)前電站的輸出功率算出整個電站等待分配的有功調(diào)節(jié)指令PDref。

（2）根據(jù)功率分配算法，光伏總站控制設(shè)備計算每個區(qū)域智能控制器分配的有功調(diào)節(jié)指令。功率分配算法采用可調(diào)容量比例分配算法，根據(jù)實(shí)時計算的各智能控制器的可調(diào)容量，按照在最大可調(diào)容量區(qū)域分配更多有功功率的原則，分配功率調(diào)節(jié)指令。

（3）每個智能控制器根據(jù)智能最優(yōu)功率控制策略，將其控制指令Pjref分配給負(fù)責(zé)區(qū)域的組串逆變器，共同完成功率控制任務(wù)。區(qū)域智能控制器采用智能最佳控制策略來調(diào)節(jié)逆變器的功率，通過考慮環(huán)境和發(fā)電設(shè)備的最佳運(yùn)行條件，實(shí)現(xiàn)逆變器的有序功率控制，以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的運(yùn)行調(diào)節(jié)。智能控制器接收監(jiān)控主控臺發(fā)出的功率控制指令，根據(jù)電流輸出、通信狀態(tài)、運(yùn)行狀態(tài)下的啟動和關(guān)機(jī)、最佳工作區(qū)無載荷或滿負(fù)荷時轉(zhuǎn)換效率、調(diào)節(jié)精度、1分鐘有功變化率、10分鐘有功變化率等因素進(jìn)行分析。根據(jù)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)能力，合理分配各逆變器的調(diào)節(jié)能力，智能選擇少量的逆變器接受調(diào)節(jié)，并考慮逆變器調(diào)節(jié)速度所受影響，制定出優(yōu)化調(diào)節(jié)策略，根據(jù)優(yōu)化調(diào)節(jié)策略將逆變器調(diào)節(jié)功率調(diào)整到目標(biāo)值。

四、系統(tǒng)有效性分析

（一）測試有功控制能力

在測試過程中，所有的逆變器或部分逆變器運(yùn)行正常，或部分逆變器關(guān)閉或通信異常，分布式光伏電站的功率變化速度沒有受到限制。根據(jù)預(yù)置有功計劃曲線，分布式光伏發(fā)電廠的有效輸出功率分別設(shè)置為40%0.4MW、60%0.4MW、80%0.4MW、70%0.4MW、50%0.4MW和35%0.4MW，并達(dá)到更高的控制精度。在接收到計劃指令后，監(jiān)控主臺需要計算和分發(fā)每個智能控制器的調(diào)節(jié)指令，在智能控制器調(diào)節(jié)完成后，需要一定的時間向每個逆變器發(fā)出指令并將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控主臺。因此，每5分鐘的實(shí)際有功功率未發(fā)生實(shí)時變化，但每次調(diào)節(jié)響應(yīng)時間不超過2分鐘，符合設(shè)計要求。

（二）測試無功控制能力

所有組串逆變器在測試時均處于1p.u.全功率輸出，不限制無功功率變化的速度。通過預(yù)置無功功率計劃曲線，分布式光伏發(fā)電站無功功率輸出指令每5分鐘設(shè)置一次，分別為： 0kvar、20kvar、40kvar、80kvar、100kvar、60kvar、30kvar、0kvar、-30kvar、-50kvar、-70kvar、-100kvar。光伏發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出能很好地跟蹤調(diào)節(jié)指令，并能達(dá)到高調(diào)節(jié)精度，調(diào)節(jié)時間不超過2分鐘。

五、結(jié)束語

綜上所述，本文介紹了一種基于組串逆變器控制設(shè)備的分布式光伏電站智能調(diào)控系統(tǒng)，將組串逆變器的控制任務(wù)分配給每個智能控制器，整個分布式光伏電站的功率調(diào)節(jié)由多個智能控制單元完成，不僅減輕了監(jiān)控負(fù)擔(dān)，而且調(diào)節(jié)了各個區(qū)域的最佳功率，提高了調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)精度，具有重要的應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓學(xué)棟，王海華，李劍鋒.小型分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計[J].電力建設(shè)，2014，35（1）：104-108.

[2]王子電.PLC分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)設(shè)計研究[J].電氣傳動自動化，2020，42（1）：12-14.

[3]楊斌.基于PLC分布式光伏發(fā)電控制系統(tǒng)的設(shè)計[J].通信電源技術(shù)，2020，37（2）：76-77.

（作者單位：無錫市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院）