范月圆

（江苏航空职业技术学院，江苏 镇江 212134)

简述光伏电站分层分布式自动功率控制技术

范月圆

（江苏航空职业技术学院，江苏 镇江 212134)

光伏发电作为一种清洁可再生的发电形式，在可持续发展理念持续深化背景下得到了前所未有的发展，而伴随着光伏电站数量的持续增加，其在并网过程中对电网的影响也受到越来越多的关注。文章提出了一种光伏电站分层分布式自动功率控制策略，通过光伏方阵AGC与厂站AGC系统的协作配合来提升控制效果。经仿真分析，分层分布式自动功率控制技术可以有效解决当前光伏电站并网中存在的问题，保证配网运行的稳定和安全。

光伏电站；分层分布式；自动功率控制

2011年，国家电网公司颁布了《光伏电站接入电网技术规定》，要求在光伏电站配置有功功率控制系统（AGC系统）。现阶段，光伏电站AGC控制主要是通过厂站AGC直接针对光伏逆变器实现，对于包含组串式逆变器光伏阵列的大型光伏电站并不能起到预期的控制效果。针对这个问题，可以在相应光伏的网站构建三层分布式AGC系统架构，在组串式光伏自方阵中增加AGC中间层，来对问题进行解决。

1 AGC分层分布式结构

在传统光伏电站AGC系统中，存在着控制指令的收发延时，如果将之应用到组串式光伏阵列中，容易出现控制容量和通信阻塞等问题，对此，在AGC系统中间层增加了一个方阵AGC，形成了分层分布式结构，如图1所示。

图1 AGC分层分布式结构

在这样的结构中，厂站AGC系统只需要对中间层代表各个方阵内逆变器的AGC进行功率控制计算和控制指令下发，方阵内的组串式逆变器局部AGC控制计算可以通过方阵AGC独立完成。一般情况下，单个组串式方阵峰值功率约为1-2MW，假定方阵树木为N每一个方阵中存在M个组串式逆变器，则在分层分布式AGC架构中，功率控制计算相当于将原本一台厂站计算机增加到了N+1台，通过并行控制计算来保证计算的效率，控制计算容量以及遥信遥控指令数的容量直接削减到原本的1/M，因此具备非常显著的效果。

2 方阵AGC功率分配控制策略

在厂站AGC与方阵AGC之间，存在非常明确的上下级关系，通过彼此配合来实现AGC发电功率目标，在实际运行中，想要确保其各自功能的发挥，必须设置合理的分工配合策略。一般情况下，会在升压站内设置厂站AGC系统，在光伏方阵中设置方阵AGC。从数据逻辑环境区分，厂站AGC系统具备高精度电能计量功率数据支撑，同时具备气象、光伏功率预测数据、GPS数据等支持，而方阵AGC则没有数据支持，使得相关数据的准确率偏低，无法作为计算依据。对此，要求技术人员设计科学的上下级配合策略，一方面，在厂站AGC中，完成对功率误差、功率损耗等复杂情况的分析处理，减轻其对于AGC计算可能造成的负面影响；另一方面，方阵AGC仅需要针对本方阵中的逆变器进行计算控制。考虑到逆变器重启所需时间较长，一般情况下为了保证AGC系统功率的快速跟踪调节，不会对逆变器进行直接关停，而是依照平均比例，对逆变器功率进行缩减或者提升，以满足AGC功率目标变化要求，这种控制策略被称为平均分配策略。而对于一些特殊情况，要求严格限制功率，则可以采用允许逆变器开启或者关停的算法，即自由控制策略。

2.1 平均分配策略

公式中，Piset表示平均分配策略下，每一台参与调节的逆变器分配到的有功功率，Pimax表示第i台逆变器在当前工况下的最大发电功率。考虑到在没有特殊要求的情况下，同一个方阵中很少出现两种不同类型的逆变器，因此可以认为在光照条件相同的同一时刻，所有逆变器最大发电功率相同，从而将上述公式简化为：

在平均分配策略下，方阵AGC只需要发送功率调控指令即可。

2.2 自由控制策略

分层分布式AGC模式下，方阵AGC可以依照目标功率以及逆变器状态实现自由启停的远程操作。在实际应用中，包括了开启策略和关停策略两个方面的内容。

（1）开启策略：在子方阵AGC接收到发动功率目标上升指令后，假定k时刻厂站AGC下发功率目标Pf（k），k-1时刻下发功率目标Pf（k-1），则必须同时满足

公式中，Topn表示备用逆变器容量开启百分比高限值门槛内部定值，取值范围在70～80之间，Tmgn表示开启功率裕度比例。在同时满足前三个公式的情况下，需要对没有参与AGC调节的逆变器列表进行查阅，看是否存在备用逆变器，如果存在，则依照Tmgn取值的140%，开启j台逆变器，可以根据备用停机时间，依照由长到短的原则依次开启。考虑逆变器启动所需时间较长，为了实现对厂站AGC功率调度指令的快速供应，在计算出相应数值后，需要立即发送到处于运行发电状态的逆变器，并通过远程控制对计算得到的备用逆变器进行开启。

（2）关停策略：为保证功率平稳过度，减少遥控指令重复下发，在逆变器关停策略设计中，需要关注的内容较多。这里假定k时刻厂站AGC向子方阵下发功率目标P（k），k-1时刻下发功率目标 Pf（k-1），则必须同时满足

在上述公式中，ΔPmin表示开启AGC调节最小功率波动死区值，Pirate表示逆变器额定功率，Tcls表示逆变器关停策略功率比例下限值，取值范围10～20，Tspl-cls表示逆变器关停策略功率相遇于自由发电比例的下限值，取值范围30～40。如果限功率严重，则可以通过同时关多台逆变器的方式来实现对功率变化差的有效调控。

针对上述两种典型分配策略，从电磁干扰以及低通信波特率串口通信等方面分析，方阵AGC下发的遥控指令想要得到全部逆变器的可靠执行似乎存在较大难度，为了更好地实现功率控制，可以在厂站AGC和方阵AGC中加入多轮次微调控制，做好对误差和干扰的有效抑制和调节。

3 应用分析

以某60MW光伏电站为例，对分层分布式自动功率控制技术的应用情况进行分析。在该电站中，设置有若干子方阵，每一个方阵中安装有27台SG40KTL组串式逆变器，额定发电功率和最大发电功率分别为36kW和40kW。结合一体化装置所具备的通信管理功能，可以对所有逆变器的运行信息进行汇总整理，然后经光纤环网传输到厂站AGC系统。结合方阵AGC虚装置，厂站AGC可以直接实现AGC控制计算，不需要与27台逆变器一一通信。

在不同目标功率下，分析方阵AGC实测功率值及误差情况，结果表明，在采用平均控制策略时，方阵实际发出功率能够满足厂站AGC系统要求，误差被控制在0.2%以内，功率逼近效果良好。考虑非正常工况对方阵AGC的影响，进行现场逆变器故障停机与恢复仿真测试，测试结果如图2所示。

图2 逆变器故障与恢复工况下方阵AGC功率响应仿真测试

结合测试结果分析，模拟两台逆变器故障，退出运行，方阵AGC很快检测到方阵功率突然下降，对其他逆变器发出上调有功功率的指令，受串口通信延时和组串式逆变器响应时间影响，在前6～7s并没有出现有功功率的变化，7s后有功功率开始逐渐提高，经过40s重新逼近目标值。之后，模拟两台自然满发逆变器通信故障以及故障恢复，与上述故障类似，45s后仿真有功功率逼近目标值。

以电站8号方阵AGC全天实测功率曲线图为例（如图3所示），对方阵总功率计算上限值进行分析。可以看出，中间时段仿真目标功率值小于最大发电能力，此时方阵AGC能够实现对逆变器功率的准确控制，确保其逼近目标值；而在早上与晚上不限功率的情况下，AGC系统可以使仿真达到最大发电，实发功率接近理论最大值。由此可以得出结论，文章提出的分层分布式AGC控制技术能够达到预期效果。

图3 8号方阵AGC功率曲线

4 结语

总而言之，在光伏发电中，由于发展时间尚短，存在许多问题，影响了其功效的充分发挥。对此，技术人员应该重视起来，加快对于相关技术的研究，对问题进行解决。针对当前普遍存在的含组串式逆变器大型光伏电站厂站AGC系统存在的计算容量瓶颈等问题，提出了一种分层分布式自动功率控制技术，经仿真测试和现场应用，相关技术具备良好的可靠性和实践效果，值得进行推广。

[1]王以笑，崔丽艳，孔波利，等.分布式光伏电站区域智能调控系统的研究[J].电力系统保护与控制，2016，（4）：118-122.

[2]吴爽,王丙文,黄素娟,等.分布式电源调控系统设计[J].电子设计工程，2016，24（23）：173-176.

[3]王亮.分布式光伏发电功率调整策略及控制系统研究[D].苏州大学，2015.

范月圆（1981-），女，江苏镇江人，硕士，讲师，主要研究方向：控制工程及电子技术研究。