刘明昕

摘要：随着新能源在某些电网中占比超过20%，电网的运能面临诸多困难和问题，迫切需要进行新能源发电的挖掘与开发，尤其是IGBT晶体管。双极晶体管逆变器通过其电源控制系统与电网相连，从而可以快速响应电力控制和配套服务，例如一次调频/调压系统。在此背景下，本文提出了新能源系统尤其是光伏生产层面的快速电力控制系统。其目的是在整个电网系统层面实现100毫秒内新能源尤其是光伏电站响应功率的快速增减。该文提出了对现有能源安全稳定系统进行最先进的系统改造，旨在确保光伏电站可以修复而不是更换，实现更快、更可持续的光伏发电。提供逆变器反向跳跃峰值功率点跟踪（MPPT）算法等技术，设计满足逆变器快速响应要求的逆变器电源管理平台。[1]该解决方案已应用于中国西藏电力系统。根据现场实际测试结果，光伏响应时间在30ms以内，整个系统响应时间在60ms以内，达到了100ms以内的设计目标，测试和性能结果确保技术性能和发展需求。

关键词：新能源;光伏发电;稳定控制系统

近年来，随着新能源在我国的大力推广和利用，不仅给社会带来了清洁卫生的能源，也带来了一系列新的困难和挑战。

光伏发电，风电与电网结合后，由于其主要设备集中在电子设备上，无法在中断过程中提供电网所需的有源或高效电力。如果逆变器检测到电流或电压超过限值，立即进入高压传输模式，有功功率将降为零甚至关断，等于输出功率为零，对电网进行二次功率冲击，将冲击电能传输的安全稳定环境。由于当前对可再生能源控制装置的响应速度较慢（分钟率）且普遍缺乏基本的频率波动，因此频率波动和电力系统高度控制主要由常规电源处理，给高压电力系统控制带来很大压力。

1当前新能源站功率控制及其不足

当前用于控制新能源发电站产生的电力的自动电力控制（AGC）系统由来已久。在ACG使用网络层中的通信单元（也称为通信控制设备或连续规则开关）发送命令后，通用通信单元需要将TCP控制消息通过RS-转换为MODBUS消息。串口485（4800位/秒或9600bps）并将其发送到指定的光伏逆变器，上述过程需要8-15秒或更长时间。[2]

在标准的光伏逆变器中，接口单元通常是先接收外部指令，然后再将指令（通常是串口）传送到最后一个功率控制单元。在此过程中，逆变器内部通讯的延迟可达1～2s;此外，在许多现代光伏逆变器中，指定功率控制单元在接收到一组目标功率后，通常采用传统的高密度功率算法（MPPT）进行功率跟踪，通常需要1～3s。经过以上分析，我们可以得出目前新一代光伏电站AGC发电的响应时间为10-20s。站内控制系统长期通信的构建，以及逆变器本身的传输和最终功率的相應通信过程、介质和算法，以新的功率触发当前的光伏功率控制响应。

从安全角度来看，电力系统管理高度依赖于电力传送系统和稳定控制系统。调度系统注重稳定管理，长期可控;而稳定性控制系统则是基于强扰动性事件的快速控制，主要从能量角度来解决能量系统的稳定性问题。第二道防线，现有的稳定控制系统通过直接断开发电机组（包括110kV线路和新建电站220kV线路）和充电线路来维护电力系统的安全和稳定。在西藏、西北等地区，在新能源风电或光伏出现功率缺额时，往往采取减负措施，造成严重的负面生产和社会后果;当剩余能量时，通常先关闭光伏和风电电缆。这种直接拆除整厂或关闭传输通道的方式，不仅会导致局部电力控制出现问题，还会出现多条回收电缆、施工周期过长等与工厂经济运行不相容的问题。

此外，对于可再生能源水平较高的电网，电网必须快速使用新的修复能力，以弥补传统发电分配的不足。如果新电站能够在100毫秒内快速设置，将减少停电和负荷量;此外，维护含有新能源电站的电网也有助于解决有功能源问题，这对安全很重要，并提高能源系统的稳定性和效率。

2新能源快速功率调控系统架构

由于新能源电力尤其是发电控制存在上述不足，结合稳定控制系统在快速控制方面的优势和新能源电力快速控制的需要，本文提出以电网电力管理系统为主要手段，专用站发出分步指令，然后新能源电厂的电厂能源控制层检测所有电厂能源的衰减和转移，最后利用逆变技术开发出高效、快速的新型电力系统。

该技术的主要目的是通过快速减/增功率、减载或缺载、减少停堆装置（水、换热器）、关闭或不关闭发电机或在现有稳定控制系统出现任何中断或故障时，通过电力系统要求的直接超驰功能，超过电力控制系统200～300毫秒的响应速度.

3新能源厂站快速功率调控技术

光伏，风电的逆变器等设备的IGBT具有出色的快速响应特性。其中，在光伏发电中，由于没有旋转机械部件，因此比风能具备更快的功率转换条件。北方等农村地区的光伏装机容量和生产能力已达到甚至超过风电水平。因此，本文首先考察光伏电站的快速能量控制技术。考虑到目前AGC光伏电源管理系统在各个领域存在的不足，首先是开发一种可以与光伏逆变器的高速控制和效率进行通信的设备，这样整个站的光伏逆变器都是新的、快速的电源。

4结语

（1）提出了新能源特别是光伏电站的电源管理技术。该技术可以检测到整个电网100ms以内的光伏功率控制响应速度，可以满足电网中断较多时新建新能源电厂100ms快速响应时间的需求。

（2）标准系统架构、新型快速功率控制装置、站内快速网络联网、集成光伏发电平台、功率跟踪系统等相关技术组成的快速功率调控系统架构，这一架构在西藏电力系统中得到了成功实施。测试结果表明，该系统提供了优良的控制特性：单厂约30ms，全网约60ms，证明新能源，尤其是光伏电站，具有快速控制两种功率模式的能力。

（3）逆变器还具有快速调整有功功率的能力。一项基于大功率逆变器自校正功率的研究，充分利证明了这点。充分利用该研究结果还可以减少对特殊电站设备安装的需求，有利于提高建设和运行光伏电站的水平。此外，它还可以起到防止电力系统停电的作用，有助于新能源的可持续发展。

参考文献：

[1]吴硕.光伏发电系统功率预测方法研究综述[J].热能动力工程，2021，36（08）：1-7.

[2]徐晨，金军.光伏发电系统非接触并网供电自动控制方法[J].光学与光电技术，2021，19（04）：55-61.