AGC/AVC在光伏電站的應用

魏世貴，劉 雙

(南瑞集團南京中德保護控制系統有限公司，江蘇南京210061)

太陽能資源本身具有隨機性、間歇性、周期性以及波動性的特點，以太陽能為能源的光伏電站的出力同樣具有以上特點，隨著光伏發電在電源中的比例不斷增大，當大容量光伏發電系統與電網并網運行時會對系統斷面交換功率的控制以及對短期負荷尤其是日發電計劃的合理制定等帶來較大困難，同時光伏電源的并網對配網和高壓輸電網的電壓質量均有一定影響。我國太陽能光伏發電呈現出“大規模集中開發、中高壓接入”與“分散開發、低電壓就地接入”并舉的發展特征[1]，當光伏發電在電網電源中的比例達到一定規模時，必須對光伏電站進行科學合理的調度運行控制。國家電網公司于2011年5月發布的《光伏電站接入電網技術規定》[2]中規定：“大中型光伏電站應配置有功功率控制系統，具備有功功率調節能力。能夠接收并自動執行調度部門發送的有功功率及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門的要求運行。大中型光伏電站應配置無功電壓控制系統，具備無功功率及電壓控制能力。根據電力調度部門的指令，光伏電站自動調節其發出（吸收）的無功功率，控制光伏電站并網點電壓在正常運行范圍內”。

1 AGC/AVC功能

自動發電控制（AGC）是并網發電廠發電機組在規定的出力調整范圍內，跟蹤電力調度下發的指令，按照一定調節速率實時調整發電出力，以滿足電力系統頻率和聯絡線功率控制要求。光伏電站中AGC接收來自調度或電站內的負荷需要并按照一定的調整策略分配給電站內的逆變器，實現整個光伏電站有功優化分配和調節，維持電站聯絡線的輸送功率以及交換電能量保持或接近規定值。

自動電壓控制（AVC）光伏電站中，AVC可接收來自調度的母線電壓和總無功的負荷設定以及電站內的母線電壓和無功的設定，通過一定策略調節并網逆變器無功功率、無功補償設備（SVG/SVC）的投入量或變電站升壓變壓器的變比進行電站的無功及電壓調節使并網點電壓在正常運行范圍內。現階段電站主要按無人或少人值班設計，因此AGC/AVC功能的設置，除需考慮到提高電網運行的質量還需適應電站無人值班或少人值守運行模式的要求。

2 系統結構

光伏電站功率控制系統由AGC/AVC控制器和操作員站組成，系統結構如圖1所示。AGC/AVC控制器是功率控制系統的核心設備，完成和站內逆變器、SVG/SVC設備以及遠動機的通信和數據采集，并實現AGC/AVC功能。操作員站以圖形界面的方式直觀對系統進行監視，不僅可以顯示AGC/AVC控制器的調節狀態（功能投入、運行狀態、超出調節能力等），還可以實時顯示站內逆變器、SVG/SVC的實時信息及告警信息，以及通過操作員站對功率控制系統進行設定，使之按要求的方式運行。

圖1 系統結構圖

AGC/AVC控制器和遠動機A、B（雙機配置）接在同一以太網上，通過遠動機向調度主站上送光伏電站AGC/AVC狀態等實時信息；同時通過遠動機接收調度主站的有功、無功控制和調節指令（如調度中心有獨立通道分配給AGC/AVC控制系統則不需要通過遠動機傳送信息），最終實現有功、無功功率的可監測、可控制，達到電力系統并網技術要求。

3 控制模式

AGC/AVC控制系統可工作于遠方模式 （即接收來自調度中心的總有功和總無功的負荷設定）和就地模式 （通過電站內的操作員站進行總有功和無功設定），兩者可通過站內切換開關進行控制權的切換。當功率控制系統與調度主站出現暫時性通信中斷時，功率控制系統將自動切換至本地方式運行，根據調度預先設定的發電計劃曲線、母線電壓曲線進行調整。AGC/AVC控制系統也可設定為在指導方式或自動方式下執行負荷的分配。指導方式為接收總有功和無功負荷設定，給出開、停機和負荷分配的建議，由運行人員根據實際情況決定是否執行；自動方式則完全按既定分配策略自動開、停機和負荷分配，不需運行人員干預。

AGC有功負荷設定有2種方式：總有功方式和日負荷曲線方式。總有功方式可接收調度的設定和電站運行人員的設定（根據控制權），直接以數值方式設定全站總有功；日負荷曲線方式為調度預先給出下一個24 h的負荷曲線 （實際為每5 min對負荷進行1次設定，一天共288個點），負荷曲線存儲在AGC/AVC控制器數據庫中，AGC從中讀取數據以決定某一時刻負荷的大小。

AVC有2種控制模式：無功設定值控制模式和電壓控制模式。無功設定方式接收來自調度和電站的無功設定，電壓控制方式則根據設定的母線電壓范圍，折算為無功負荷后在成組控制的逆變器間、以及無功補償裝置間進行分配。在電壓控制模式下，母線電壓的設定值不僅可以接收調度的設定和電站運行人員設定，也可選擇投入電壓曲線模式，按照調度曲線中的電壓設定值進行調節。為了防止頻繁開、停機，系統設置了開、停機死區值，只有當總有功給定值大于當前逆變器可發最大容量，且差值大于開、停機死區，才會開機；當總有功給定值小于當前停掉一臺逆變器的可發最大容量，且差值大于開、停機死區，才會停機。

4 控制策略

4.1 有功負荷分配策略

光伏電站功率控制系統有功負荷控制流程圖如圖2所示。

圖2 有功負荷控制流程圖

有功負荷分配策略為：電站根據調度要求將各臺逆變器分別設置為單獨運行逆變器或成組控制逆變器，接收來自調度的總有功，在運行的各臺逆變器間進行負荷分配。分配方式為總有功減去單獨運行逆變器所帶功率，即在各成組控制逆變器間進行分配的總有功，可表示為：

式（1）中：PAGC為成組控制逆變器有功；PSET為全站總有功為單獨運行逆變器有功之和。

有功負荷在成組控制逆變器間采用與容量成比例的分配策略。分配到每臺逆變器的有功負荷按下面的公式進行計算：

式（2）中：n為逆變器臺數；Pimax為第i臺逆變器在當前光照條件下最大出力；為所有逆變器在當前光

照條件下最大出力之和；Piest為分配到第i臺逆變器的有功功率。

4.2 無功負荷分配策略

光伏電站功率控制系統無功電壓控制流程圖如圖3所示。

具體分配策略如下：電壓控制方式時，根據母線電壓目標值，母線無功設定值計算公式為：

式（3）中：QSET為母線無功設定值；Utarget為母線電壓目標值；Qmea為母線無功實測值；Umea為母線電壓實測值；X為系統阻抗。

圖3 無功電壓控制流程圖

在系統第一次運行時，系統阻抗可以通過外部輸入來獲取設定值；當設定值超出系統規定的限值時，系統自動選取系統阻抗上限，作為計算的阻抗值；當系統調節一定次數后，系統根據獲取的系統信息和數據，可以通過自學習的方法預測出參與下次運算的系統阻抗值。AVC在各成組控制逆變器間、以及無功補償裝置間進行分配的總無功，可表示為：

式（4）中：QAVC為成組控制逆變器、無功補償裝置無功；為單獨運行逆變器、無功補償裝置無功之和。

AVC以優先調節逆變器，其次調節無功補償裝置的原則調節站內無功資源。

無功負荷分配在并網逆變器間、以及無功補償裝置間采用相似調整裕度的策略。當無功設定值增加時，調節無功功率的大小根據各控制逆變器 （無功補償裝置）的無功裕度大小進行分配。各個參與控制的逆變器（無功補償裝置）分配的無功大小為：

當無功設定值減少時，調節無功功率的大小根據各控制逆變器（無功補償裝置）的無功裕度大小進行分配。各個參與控制的逆變器（無功補償裝置）分配的無功大小為：

式（5，6）中：n 為逆變器（無功補償裝置）臺數；Qimax，Qimin，Qi分別為第i臺逆變器（無功補償裝置）的無功上限、無功下限、實發無功；Qiset為分配到第i臺逆變器（無功補償裝置）的無功功率。

如果某個控制逆變器（無功補償裝置）發出或吸收的無功已經達到上限、下限，計算時則排除無功越限的控制逆變器（無功補償裝置）[3]。運用以上策略對逆變器及SVG/SVC進行調節和控制后的實際有功負荷控制曲線和電壓控制曲線如圖4、圖5所示。

圖4 有功曲線

圖5 電壓曲線

5 結束語

通過對光伏電站內逆變器及無功補償設備（SVG/SVC）按照既定的策略進行自動調節與控制可以較好地跟蹤調度調節指令，能夠實現較高的調節精度，能較好地解決光伏電站控制有功出力及無功調節能力普遍不足的問題。該AGC/AVC功率控制系統在寧夏多個光伏電站的成功應用，對保證中大型光伏電站并網后電網的安全穩定運行起到了積極作用。

[1]黃 華，陳建華.光伏并網運行無功控制技術報告[R].國網電力科學研究院，2011.

[2]Q/GDW 617—2011，光伏電站接入電網技術規定[S].

[3]施佳鋒，沈 燕，耿 多，等.含光伏發電的電網無功電壓協調控制技術[J].寧夏電力，2012（5）：1-4，44.