基于狀態(tài)評(píng)估的光伏電站AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法

鄭 建，賴(lài)歡歡，孫景釕，謝志云，陳曉雷，鄭 偉，陳夢(mèng)翔

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司溫州供電公司，浙江 溫州 325000）

0 引言

當(dāng)前對(duì)于光伏電站的AGC（automatic generation control，自動(dòng)發(fā)電控制）調(diào)節(jié)能力計(jì)算，普遍是采用光伏逆變器樣板機(jī)的方法進(jìn)行粗略計(jì)算[1]，即通過(guò)選取樣板機(jī)計(jì)算得到有功可調(diào)上限，而沒(méi)有考慮逆變器的實(shí)際工作狀況。同時(shí)由于光伏電站逆變器數(shù)量眾多，型號(hào)多樣，如果僅僅采用選取逆變器樣板機(jī)的方法，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站AGC調(diào)節(jié)能力的精確計(jì)算[2]，從而無(wú)法精確評(píng)估光伏電站的AGC調(diào)節(jié)能力，不利于電網(wǎng)安全的穩(wěn)定運(yùn)行。本文提出一種基于狀態(tài)評(píng)估的光伏電站AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法，為電網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度部門(mén)提供光伏電站AGC調(diào)節(jié)能力精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，可大大提高電網(wǎng)對(duì)于新能源的感知力和消納能力。

1 基本原理

光伏AGC是光伏有功功率自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)方法為將當(dāng)前光伏電站所發(fā)的有功功率與調(diào)度下發(fā)的有功目標(biāo)值進(jìn)行比較[3]，如果電站所發(fā)有功功率和目標(biāo)值的差距不在規(guī)定范圍內(nèi)，AGC將自動(dòng)調(diào)節(jié)逆變器的有功功率限值，實(shí)時(shí)將光伏電站當(dāng)前發(fā)出的有功值調(diào)整到目標(biāo)值附近[4]。因此在AGC調(diào)節(jié)期間，須要對(duì)逆變器的有功可調(diào)上限進(jìn)行計(jì)算，有功可調(diào)上限直接關(guān)系到一次調(diào)頻指令的準(zhǔn)確性[5]，進(jìn)而關(guān)系到光伏電站AGC調(diào)節(jié)能力及光伏電站的發(fā)電能力。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域和體系的不足，本文通過(guò)狀態(tài)評(píng)估與數(shù)據(jù)分析計(jì)算，綜合評(píng)判光伏電站的AGC調(diào)節(jié)能力，區(qū)分由于系統(tǒng)原因受限（如受電力系統(tǒng)用電負(fù)荷及調(diào)峰能力、網(wǎng)架約束、輸出線路故障等）[6]和特殊原因受限（自然因素、AGC調(diào)節(jié)、檢修狀態(tài)等）[7]下的光伏電站實(shí)際AGC調(diào)節(jié)能力，為光伏電站參與全網(wǎng)調(diào)節(jié)提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2 算法流程

2.1 基于逆變器樣板機(jī)的AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法

設(shè)Pmax為光伏電站有功可調(diào)上限，Pt為逆變器樣板機(jī)瞬時(shí)有功，N為光伏電站逆變器總數(shù)。根據(jù)傳統(tǒng)基于逆變器樣板機(jī)的AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法，光伏電站有功可調(diào)上限可按下式計(jì)算[8]：

根據(jù)傳統(tǒng)基于逆變器樣板機(jī)的AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法計(jì)算光伏電站有功可調(diào)上限的流程圖如圖1所示。

圖1 基于逆變器樣板機(jī)的AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法流程圖

然而每一個(gè)光伏陣列的實(shí)際發(fā)電能力受逆變器運(yùn)行狀態(tài)、地理位置、輻照強(qiáng)度等影響[9]，各個(gè)方陣的實(shí)際發(fā)電能力存在差異，采用傳統(tǒng)基于逆變器樣板機(jī)的AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法計(jì)算得到的有功可調(diào)上限與實(shí)際可能產(chǎn)生較大誤差。

2.2 基于狀態(tài)評(píng)估的AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法

本文針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域和體系的不足，提出了一種基于狀態(tài)評(píng)估的光伏電站AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法，在不影響場(chǎng)站系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，對(duì)場(chǎng)站的AGC調(diào)節(jié)能力進(jìn)行實(shí)時(shí)校核。

本文所提基于狀態(tài)評(píng)估的AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法流程圖如圖2所示。

圖2 基于狀態(tài)評(píng)估的AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法流程圖

獲取光伏電站內(nèi)各逆變器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，將逆變器的運(yùn)行狀態(tài)分為自由發(fā)電狀態(tài)、計(jì)劃?rùn)z修狀態(tài)、非計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)、待機(jī)狀態(tài)和通信中斷狀態(tài)[10]。

將處于自由發(fā)電狀態(tài)的逆變器直接納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算范圍。

對(duì)處于待機(jī)狀態(tài)下的逆變器，根據(jù)逆變器直流電壓數(shù)據(jù)、輻照度、電網(wǎng)電壓數(shù)據(jù)、組串線纜絕緣阻抗值數(shù)據(jù)確定待機(jī)原因[11]：

如果當(dāng)前輻照度小于預(yù)設(shè)輻照度，將導(dǎo)致逆變器沒(méi)有足夠的能力并網(wǎng)發(fā)電[12]，進(jìn)而導(dǎo)致逆變器直流側(cè)電壓小于最低啟動(dòng)電壓。若直流側(cè)電流過(guò)小，近似于0 A，并持續(xù)幾min后，逆變器將從運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)為待機(jī)狀態(tài)，隨后停止作業(yè)[13]。

將處于待機(jī)狀態(tài)的逆變器直流電壓與最低啟動(dòng)電壓進(jìn)行比較，若小于最低啟動(dòng)電壓，同時(shí)當(dāng)前輻照度小于預(yù)設(shè)輻照度，則確定待機(jī)原因?yàn)楣庹赵?。?duì)由于光照原因進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)的逆變器，納入實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隊(duì)列，通過(guò)綜合分析實(shí)時(shí)氣象信息以及實(shí)時(shí)掃描其運(yùn)行狀態(tài)與電流、電壓信息，一旦其直流電壓在運(yùn)行電壓范圍之內(nèi)，逆變器從待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)將其納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算范圍。

將電網(wǎng)電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值進(jìn)行比較，若當(dāng)前電網(wǎng)電壓超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電壓閾值范圍，則確定待機(jī)原因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓異常[14]。對(duì)由于電網(wǎng)電壓異常進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)的逆變器，與實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)電壓進(jìn)行再次對(duì)比以確定是否存在采樣異常，若存在采樣異常，則放棄納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算；若不存在采樣異常，則實(shí)時(shí)監(jiān)控電網(wǎng)電壓，當(dāng)電網(wǎng)電壓進(jìn)入正常閾值范圍時(shí)，將對(duì)應(yīng)的逆變器納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算范圍。

將組串線纜絕緣阻抗值與預(yù)設(shè)阻抗值進(jìn)行比較，若低于所述預(yù)設(shè)阻抗值，則確定待機(jī)原因?yàn)榻M串線纜絕緣阻抗值低[15]。對(duì)由于組串線纜絕緣阻抗值低進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)的逆變器，放棄納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算范圍。

對(duì)處于非計(jì)劃停運(yùn)狀態(tài)下的逆變器，判斷其故障狀態(tài)，若故障狀態(tài)為不可恢復(fù)，則放棄納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算范圍。

對(duì)處于通信中斷狀態(tài)下的逆變器，獲取該逆變器的實(shí)時(shí)與歷史故障信息、歷史運(yùn)行時(shí)間、通信中斷次數(shù)與時(shí)間、發(fā)電單元累計(jì)發(fā)電量等歷史數(shù)據(jù)。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)確定逆變器的健康度，健康度劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 逆變器健康度劃分標(biāo)準(zhǔn)

預(yù)設(shè)健康度為7，健康度大于7的逆變器納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算范圍。

對(duì)處于計(jì)劃?rùn)z修狀態(tài)下的逆變器，不納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算范圍。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種基于狀態(tài)評(píng)估的光伏電站AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算方法，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域和體系的不足，通過(guò)對(duì)光伏場(chǎng)站進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，獲取光伏場(chǎng)站內(nèi)各逆變器的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，基于實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及預(yù)設(shè)規(guī)則篩選可納入AGC調(diào)節(jié)能力計(jì)算的逆變器，根據(jù)篩選結(jié)果計(jì)算并校核光伏電站的AGC調(diào)節(jié)能力。本文所提算法計(jì)算出的AGC調(diào)節(jié)能力值可不受光伏場(chǎng)站的不同機(jī)組發(fā)電能力不同的影響、不受各逆變器運(yùn)行狀態(tài)差異的影響，計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確度更高。