湖南永州19.8 MW分布式光伏電站AGC/AVC控制及應用

劉 海 高春玉

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030000)

湖南永州19.8 MW分布式光伏電站AGC/AVC控制及應用

劉 海 高春玉

(太原理工大成工程有限公司，山西 太原 030000)

介紹了光伏電站中功率控制系統(tǒng)AGC(自動發(fā)電控制)/AVC(自動電壓控制)的組成部分及各部分功能；通過分析實測試驗光伏電站并網(wǎng)運行的數(shù)據(jù)，描述了光伏電站發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)并網(wǎng)時對系統(tǒng)交換功率和高壓輸電網(wǎng)的電壓質(zhì)量的影響，對了解掌握AGC/AVC的控制原理及應用具有參考意義。該系統(tǒng)在湖南永州19.8 MW分布式光伏電站中應用，并取得良好效果。

光伏電站，逆變器，箱式變壓器，自動發(fā)電控制，自動電壓控制，潮流

0 引言

湖南省永州19.8 MW分布式光伏發(fā)電，項目位于湖南省永州市冷水灘區(qū)普利橋鎮(zhèn)江子塘村。新建35 kV開關站一座，35 kV側(cè)光伏出線1回、集電線路2回、SVG出線1回、接地變兼站用變出線1回，母線PT 1回，單母線接線；相應的繼電保護、監(jiān)控、通信、無功補償裝置及相關的土建及安裝工程。

規(guī)范性引用文件GB/T 19964—2012光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定。

1 控制及應用

永州19.8 MW分布式光伏電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用國電南京自動化股份有限公司產(chǎn)品，由站控層后臺設備、遠動通訊設備、光功率預測系統(tǒng)、AGC/AVC控制系統(tǒng)、公用設備均布置在二次設備預制艙內(nèi)。35 kV開關站控制系統(tǒng)主要由主機、通信管理機、工作站三部分組成。主機用于數(shù)據(jù)處理及控制策略的生成,通信管理機用于數(shù)據(jù)的采集和控制命令的分發(fā),工作站用于值班人員的在線監(jiān)視與控制,其中主機既可分別運行,又可整體運行。

1)光伏發(fā)電區(qū)，將400臺50 kVA逆變器發(fā)出的電能匯集后經(jīng)13臺箱式變壓器1 600 kVA升壓35 kV集電線路2回送至開關站；開關站將35 kV電源匯入永州卉塘站412線路的變電站。

2)光伏場區(qū)通過箱變保護測控一體化裝置組成2個光纖環(huán)網(wǎng)，將光伏區(qū)所有數(shù)據(jù)通過光纖環(huán)網(wǎng)送至開關電站內(nèi)二次環(huán)網(wǎng)交換機，再至站控層設備。集電線路連接箱變的電纜線路，為兩條35 kV接線回路。

3)SVG裝置：SVG是靜止式動態(tài)無功補償裝置,能夠輸出感性和容性無功，在一定范圍內(nèi)可從感性到容性連續(xù)調(diào)節(jié)。

2 AGC/AVC主要功能

1)光伏發(fā)電站AGC/AVC子站指運行在光伏發(fā)電站就地的控制裝置或軟件，用于接收、執(zhí)行調(diào)度AGC/AVC主站的有功和電壓控制指令，并向主站回饋信息。

2)逆變器監(jiān)控系統(tǒng)在光伏發(fā)電站內(nèi)對各逆變器進行監(jiān)控的自動化系統(tǒng)，其可以采集各逆變器的運行狀態(tài)和實時數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)發(fā)到AGC/AVC子站;同時可以接收子站下發(fā)的有功無功控制指令，并發(fā)送到各逆變器。

3)子站為一體化集成設備，在同一套軟硬件平臺上實現(xiàn)光伏發(fā)電站內(nèi)的有功和無功的自動控制功能;AGC與AVC控制功能應在邏輯上各自獨立，可以分別投入或退出。

4)預制控制艙控制對象主要包括:逆變器、SVG裝置運行狀態(tài)。

5)光伏發(fā)電站AGC控制功能以開關站送出線路總有功功率為控制目標，子站可以接收調(diào)度主站實時下發(fā)的總有功功率設定值，并應考慮光伏發(fā)電站內(nèi)各逆變器有功出力的均衡合理。

6)光伏發(fā)電站AVC控制功能以開關站35 kV側(cè)母線電壓為控制目標，子站可以接收調(diào)度主站實時下發(fā)的高壓側(cè)母線電壓設定值;子站同時兼顧逆變器輸出電壓在正常范圍內(nèi)的控制目標，并應考慮光伏發(fā)電站內(nèi)各種控制對象無功出力的均衡合理。

3 AGC/AVC硬件配置

1)子站的硬件遵循標準化和開放性的原則配置，子站應包括計算控制設備、歷史存儲設備、串口接入設備、網(wǎng)絡交換機和人機工作站等設備，除人機工作站外，其他設備均集中組屏。

2)計算控制設備采用成熟可靠的服務器或工業(yè)嵌入計算機，采用雙機冗余配置，主機故障時自動切換到備機。

3)子站配置千兆網(wǎng)絡交換機，用于連接子站設備，并完成與其他站內(nèi)其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信，以及子站與調(diào)度主站的數(shù)據(jù)通信。

4)串口接入設備用于與SVC/SVG裝置進行通信，可以接入的串口類型應包括232/422/485，串口通信波特率等參數(shù)可設置。

5)人機工作站主要用于光伏發(fā)電站控制子站的運行監(jiān)視和日常維護。

6)配置了歷史數(shù)據(jù)存儲設備，可以配置獨立的歷史存儲設備，也可以在計算控制設備或人機工作站上存儲歷史數(shù)據(jù)。

7)配置的硬件設備滿足電力系統(tǒng)二次安全防護要求及對全站進行自動控制的容量和性能要求。

4 控制對象和通信接口

4.1逆變器

4.1.1控制模式

子站對逆變器的有功/無功控制支持以下2種方式:

1)控制單臺逆變器的無功:控制方式包括設定逆變器無功的出力值或功率因數(shù)。

2)控制成組逆變器的無功:控制方式為設定成組逆變器的總有功、總無功出力值。

4.1.2通信接口

光伏發(fā)電站子站與2套逆變器監(jiān)控系統(tǒng)進行通信。通信數(shù)據(jù)內(nèi)容如下:

1)子站下發(fā)設定值。

a.單臺逆變器無功值(功率因數(shù))遙調(diào)單機控制模式。

b.單臺逆變器有功值。

c.成組逆變器有功值成組控制模式。

d.成組逆變器無功值。

e.遙控單臺逆變器啟停控制1開機、0停機。

2)子站接收數(shù)據(jù)。

a.各逆變器輸出端電壓，三相電壓。

b.遙測各逆變器有功。

c.各逆變器無功。

d.各逆變器并網(wǎng)狀態(tài)：1并網(wǎng)、0脫網(wǎng)，遙信2各逆變器閉鎖狀態(tài)：1閉鎖、0正常。

4.2SVG裝置

4.2.1控制模式

子站向SVG等動態(tài)無功補充裝置同時下發(fā)電壓上、下限值和無功指令值，SVG裝置應能夠?qū)崿F(xiàn)無功和電壓的協(xié)調(diào)控制，控制模式如下:

1)當采集母線的實時電壓在下發(fā)的電壓上下限范圍之內(nèi)時，SVG裝置按照接收的無功指令進行無功出力調(diào)節(jié);

2)當采集母線的實時電壓在下發(fā)的電壓上下限范圍之外時，SVG裝置自主調(diào)節(jié)設備無功出力，把電壓控制在上下限值范圍內(nèi)。

4.2.2通信接口

子站與SVG裝置通信數(shù)據(jù)內(nèi)容如下:

1)子站下發(fā)數(shù)據(jù)。

a.電壓上限值。

b.遙調(diào)電壓下限值。

c.無功設定值。

2)子站接收數(shù)據(jù)。

a.遙信SVG投運信息：0未投運，1投運。

b.SVG閉鎖信息：0未閉鎖，1閉鎖。

4.3調(diào)度子站

1)子站與調(diào)度主站通信的數(shù)據(jù)通過升壓站監(jiān)控系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)發(fā)，通信數(shù)據(jù)內(nèi)容如下。子站上送數(shù)據(jù)。

a.全站實時可增無功；

b.全站實時可減無功；

c.全站實時可增有功；

d.全站實時可減有功。

2)當調(diào)度主站需要時，子站從逆變器監(jiān)控系統(tǒng)、SVG裝置所采集的數(shù)據(jù)，可以實時轉(zhuǎn)發(fā)到調(diào)度主站。

5 軟件功能

1)全站監(jiān)視：提供直觀的圖形化方法，對光伏發(fā)電站內(nèi)包括各光伏區(qū)逆變器、箱變、集電線的全部電氣設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。

2)運行監(jiān)視：監(jiān)視子站系統(tǒng)的母線電壓、有功功率、無功功率、開關狀態(tài)、設備運行狀態(tài)，監(jiān)視子站與其他系統(tǒng)、調(diào)度主站的通信狀態(tài)。

3)設置功能:軟件界面支持運維人員輸入送出線路總有功目標值、送出線路總有功計劃曲線。

4)數(shù)據(jù)存儲：存儲采集的數(shù)據(jù)點并形成歷史數(shù)據(jù)庫，用于繪制趨勢曲線和形成報表，歷史數(shù)據(jù)可存儲一年。

5)就地/自動控制:可以自動切換或人工切換為主站遠方自動控制。

6)報警處理:子站系統(tǒng)運行異常或故障時能自動報警，停止指令下發(fā)，并存入事件記錄。

7)權限管理:所有操作帶權限管理功能，操作前進行權限校驗，操作信息存入事件記錄，保證操作安全。

6 安全閉鎖

光伏發(fā)電設備出現(xiàn)異常時系統(tǒng)自動報警并閉鎖自動控制。

1)逆變器上送閉鎖信號或脫網(wǎng)信號，閉鎖該逆變器的AGC控制。

2)逆變器所連接集電線停運，閉鎖該逆變器的AVC/AGC控制。

3)送出線路有功量測值異常，閉鎖全站AGC。

4)送出線路有功量測值波動過大，閉鎖全站AGC。

5)35 kV側(cè)母線電壓量測值異常，閉鎖全站AVC。

7 效果評價

湖南省提出了采用經(jīng)濟壓差進行全局無功優(yōu)化的思想，即以每條線路的電壓降落縱分量最小為目標求解最優(yōu)潮流(OPF電網(wǎng)電壓、有功功率、無功功率的分部)，計算出各發(fā)電站注進系統(tǒng)的無功功率。該系統(tǒng)自2017年6月29日投入運行，通過實時監(jiān)控電網(wǎng)無功電壓情況，進行在線優(yōu)化計算，分層調(diào)節(jié)控制電網(wǎng)無功電源，滿足輸出電網(wǎng)安全電壓約束條件下的優(yōu)化無功潮流運行，平均功率因數(shù)控制在0.98，達到網(wǎng)損最小；提高了35 kV母線電壓質(zhì)量，電壓穩(wěn)定合格率99.99%。自動化運行降低了光伏電站運維成本。

HunanYongzhou19.8MWdistributedphotovoltaicpowerstationAGC/AVCcontrolandapplication

LiuHaiGaoChunyu

(DachengEngineeringCo.Ltd.ofTaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030000,China)

This paper introduces the power control system of PV power station AGC(Automatic Generation Control)/AVC(Automatic Voltage Control) of the component and the function of each part, through the analysis of experimental data of grid connected photovoltaic power station, switching power and high voltage transmission network for the system described PV power generation system with grid connected to the voltage quality influence that is of great significance to understand the control principle and application of AGC/AVC. The application of this system in Hunan Yongzhou 19.8 MW distributed photovoltaic power station, and achieved good results.

photovoltaio power plant, inverter, box transformer, automatic generation control, automatic voltage control, power flow

1009-6825(2017)30-0122-03

2017-08-12

劉 海(1966- )，男，工程師； 高春玉(1961- )，男，工程師

TU852

A