光伏電站有功功率控制相關關鍵技術研究

閆晶 姜紀良 徐文倩

摘 要：光伏電站有功功率控制應當保證其可靠性與可控性，為此本文對光伏電站有功功率控制的關鍵技術進行闡述，分析了以MAS為基礎的光伏電站有功功率控制系統的組織架構，進而探討以混合式結構為基礎的MAS兩級功率控制，通過混合式結構與令牌環網的應用來提高兩級功率控制的穩定性。

關鍵詞：光伏電站；有功功率控制；MAS

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.11.161

1 以MAS為基礎的光伏電站有功功率控制系統架構

1.1 光伏電站物理模型

光伏電站通過封裝太陽能電池板來構成光伏陣列，并搭配以直流匯流箱、配電柜、逆電器等設備。不同的電站其系統電壓會存在差異，光伏電站內的電壓等級包括35kV與110kV。如果電站接入系統電壓為110kV，則會產生的光伏發電單元為1MW，并且經由兩臺500kw逆電器與變壓器產生35kV的電壓，并與電壓升壓站相互連接。在光伏電站中，通常會安裝SVG，以滿足技術規范的要求。

光伏電站要想實現大規模儲能系統的配備，除了儲能技術的自身發展之外，還需要配備柴油發電機等發電裝置，以起到應有的供電作用。因而本文所闡述的有功功率控制系統電站原型如圖1所示，配備此種有功功率控制系統的光伏電站所具備的發電單元類型具體有：光伏發電單元、電池儲能系統、柴油發電機組與無功調節裝置。

1.2 以混合式結構為基礎的MAS控制系統

MAS結構包括分布式結構、集中式結構與混合式結構，其中，混合式結構融合了分布式結構與集中式結構的優勢，相對而言弱化了Agent的地位，并且一定程度上實現了對Agent的管理與協調，便于實現任務的良好控制，因此選用混合式結構構建MAS控制系統。光伏發電站現有設備普遍存在功能單一與組織完整性，基于發電設備設計實體代理，包括光伏發電、儲能系統、柴油機與變壓器代理。本文僅考慮有功功率，因此并不設置SVG代理。

2 以混合式結構為基礎的MAS兩級功率控制

2.1 不同類型的Agent主導兩級功率控制

光伏電站的有功功率協調工作中，其控制的時間周期為15分鐘，在這期間調度端會發送功率控制命令給電站端，在受到指令之后，電站端會進行控制周期的調整。控制周期內會受到天氣變化的影響，因而出于確保有功功率控制效果的考量，設計了兩級功率控制機制。

第一級功率控制由邏輯Agent作為主導，主要就光伏發電站的參考功率控制區間進行制定與控制，并且實現不同發電單元內的參考功率有差控制。同時，也需要實現調度端與發電站之間的有效聯系，發電站根據命令來控制有功功率；第二級功率控制由變壓器Agent進行主導，以便于實現點功率檢測以及變壓器Agent與其他Agent之間的聯通與交互，對于功率的控制是無差別的。在過程中，第一級功率控制由調度端實現對命令觸發的管理，在每一個運行周期內進行一次調度。完成第一級控制之后，開始進行第二級控制，而第二級控制在全部調度端進行，并且受到地理環境、MAS運行效率、MAS運行速度等因素的影響[1]。

2.2 光伏電站功率控制系統狀態

邏輯Agent與變壓器Agent之間存在工作狀態上的差異，基于這一因素，可以將光伏電站的功率控制調整為三種類型，即兩級功率控制狀態、變壓器Agent主導下的本地二級功率控制、發電代理的自主控制狀態不同，控制系統的狀態、目標與交流情況均有不同。在MAS的基礎上的功率控制系統，對Agent部分故障或全部故障時，會出現控制功能部分失效的情況，因此以MAS為基礎的光伏電站有功功率控制系統結構具備穩定性與牢固性。

2.3 以令牌環網為基礎的邏輯Agent分配策略

混合式結構下的MAS系統可以有效提高系統的穩定性與可靠性，但依舊會由于主控節點出現故障而產生功能失效的可能性，因此需要在充分考量MAS系統的基礎上，對主控節點控制權進行靈活分配，以減少故障發生的可能性，進一步提高系統運行的效率。MAS系統下的主控節點中包含兩種分配方法，其一為MAS系統實體代理固定主控節點，這種方法被稱作固定策略。在這一策略中，可以減少主控節點轉換帶來的問題，同時減少由此產生的時間成本，但同時，主控節點固定也會帶來節點單一性問題及可靠性問題。其二為MAS系統實體代理輪換主控節點，這種方法可以降低由于故障問題而導致功能失效的問題，進一步保障系統運行的有效性，但同時也會導致系統運行的低效率。因此可以通過對主控節點輪換時間的有效控制來有效減少這種影響。

令牌環網是一種局域網，其結構形態為環形網絡下的拓撲結構，并可以通過星型結構來進行物理連接。這種環網可以避免信道碰撞的問題，并且確保信道訪問權的均等性。在令牌環網為基礎的邏輯Agent分配策略中，可以建構平均分配機制，按照網絡節點的一定順序進行依次分配，這種方法的應用下，不同Agent承擔邏輯Agent功能的時間相等，并且在一定的控制時間之內，會產生數量固定的令牌傳遞次數[2]。

3 結語

綜合以上論述，可以得知，MAS為基礎的光伏電站控制系統的穩定性與可靠性較好，而在MAS基礎上進行的有功功率控制系統設計，可以采用以令牌環網的結構形式來進一步提高有功功率控制機制的有效性，且減少由此產生的時間成本投入，實現系統運行與發電機組運行過程中的平衡性要求。

參考文獻：

[1]畢銳.光伏電站有功功率控制相關關鍵技術研究[D].合肥工業大學，2016.

[2]楊立濱，李春來，張海寧.光伏電站有功功率控制模式[J].電氣應用，2015，34（S1）：518-520.