大型并网光伏电站AGC/AVC多模式自动控制系统设计与实现

"碳达峰、碳中和"背景下,能源格局重构和转型是必然所趋,"十四五"规划到2030年风电、光伏非石化能源消费占比达25％,新能源电站自动控制系统需求将到爆发阶段,而AGC/AVC是整个电网优质、安全及经济运行的保障,研发自适应、多种策略准确度高的AGC/AVC系统成为变革目标.结合光伏电站的波动性和不稳定性等特点,全面考虑电网及发电企业的需求,设计了大型并网光伏电站、多模式混合控制策略与调节模式的AGC/AVC自动控制系统,包括系统的物理架构、数据采集与数据处理及实现.该系统是一种基于数学模型的控制算法,根据设置系统参数变化自动调控规则,并融合功率分配思想,提出AGC平均计算策略、AGC带优先级平均策略、AVC带优先级平均计算策略及AVC无功补偿装置和逆变器混合策略等多种自适应控制模式,将实时数据和调度端下发目标曲线对比,调控光伏电站发电的有功功率和无功电压,依据调度分配目标功率进行最优组合策略分配调度电单元逆变器的有功功率,达到分批调控和微调的效果,控制智能化调节精度化,系统具有很强的鲁棒性.在为电网安全、可靠运行保驾护航的同时,实现光伏电站无人值守、少人值班的运营模式,减少运营成本,提高光伏发电系统的优质、可靠和经济运行.     

光伏电站逆变器选型

光伏逆变器是光伏发电系统两大主要部件之一,光伏逆变器的核心任务是跟踪光伏阵列的最大输出功率。本文提出了"因地制宜,科学设计"——即根据光伏电站装机规模、所处环境和电网接入要求,合理选择逆变器类型。     

并网光伏逆变器闪变特性测量与分析

辐照度变化和并网光伏逆变器启停机引起的功率波动都可能会引起并网点电压闪变。文章首先分析了闪变与并网点短路容量、阻抗角度及并网功率波动大小的关系,并基于Matlab/Simulink软件搭建了虚拟电网模型和数字闪变测试仪模型。针对目前广泛使用的500k W光伏逆变器开展了不同运行功率和启停机工况下的测试,测量不同工况下该逆变器引起的闪变大小,并对测量结果进行了对比分析。     

拉西瓦水电站AVC调节分析与策略优化

随着西北电网光伏发电、风力发电装机容量的迅猛发展,以及直流输电过程中带来的直流闭锁等问题,西北电网有功、无功潮流分布也更加复杂和不稳定。因此,西北电网在并网发电厂两个细则中明确要求各并网发电厂必须具备AGC、AVC调节功能,其调节效果必须满足网调要求,并对该规定提出了严格的考核要求。拉西瓦水电站在AVC功能测试过程中,AVC调节指标始终不能达到网调要求。经过对青海省电网网架结构、新能源发电的有功功率特性以及拉西瓦水电站所处网架地理位置、电站AVC调节的各个环节进行认真分析,结合无功功率分层分区控制、就地平衡的原则,考虑到电站侧AVC策略、励磁系统相关参数、发变组设备参数、电站区域内的发电及受电负荷性质等因素,对拉西瓦电站AVC调节不合格的原因进行了分析,提出解决办法并进行了实施。     

考虑储能充放电功率限制的并网光储虚拟同步机控制

光储虚拟同步机正常工作时,其输出功率跟踪指令值,光伏进行最大功率跟踪,通过储能消除光伏出力与虚拟同步机功率指令之间的偏差,抑制逆变器输出功率波动。而光伏具有波动性与不确定性,光伏功率波动超出储能调节能力时,会使直流母线电压出现较大偏移,影响虚拟同步机运行的稳定性。针对上述问题,提出了考虑储能充放电功率限制的并网光储虚拟同步机控制方法。根据储能荷电状态,对逆变器、光伏和储能进行协调控制。在储能充放电功率达到上限时,抑制并消除了直流母线电压偏移。在充分利用储能调节能力支撑虚拟同步机功率跟踪需求的同时,避免了储能的过放和过充,实现了光储虚拟同步机系统的安全稳定运行。PSCAD/EMTDC中的仿真和半实物仿真验证了所提出控制策略的有效性。     

光伏电站分层分布式自动功率控制技术

当前含有组串式逆变器的光伏电站,因单台组串式逆变器容量相对集中式小得多,同等容量情况下总逆变器数目大增,这给近年普遍含有组串式逆变器的大型光伏电站厂站自动功率控制系统带来了控制计算、存储容量不足和指令通信下发阻塞严重等问题。为此,文中提出了在中间层增设方阵自动发电控制(AGC)的分层分布式AGC系统结构。文中研究了光伏方阵AGC一体化产品技术实现方案、方阵AGC的功率分配算法与策略,并分析给出了方阵AGC与厂站AGC系统的协作配合策略。工程现场应用测试及仿真分析结果表明所提技术能有效解决当前大型组串式光伏电站AGC系统存在的问题。     

具有低次谐波抑制功能的虚拟电阻型光伏逆变器

针对现有的具有谐波补偿功能的光伏逆变器只能就近补偿本地非线性负载的谐波而无法参与电网谐波治理及谐波治理贡献难以衡量的问题,研究了一种具有低次谐波抑制功能的虚拟电阻型光伏逆变器。分析了电阻对并网点谐波电压和电力系统谐振的抑制作用,基于此提出了虚拟电阻型光伏逆变器控制方法,用比例—积分控制器控制对并网点电压和电流进行快速傅里叶变换后所得各次谐波电流与相应的谐波电压同相,幅值相差Kh倍,光伏逆变器被等效为一个"虚拟电阻"。以吸收的谐波功率来衡量用户的谐波治理贡献,并提出了按吸收谐波功率最大化的准则自动调节Kh的控制策略。仿真和硬件实验结果表明,所提虚拟电阻型光伏逆变器在正常发电的同时能有效抑制公共连接点低次谐波电压。     

光伏并网逆变器功率控制能力的试验研究

目前国内针对光伏并网逆变器功率控制能力的试验方法和特性评价指标尚不完善,在实际生产运行过程中,缺乏开展各类型并网逆变器的功率控制能力评估的有效方法。文中提出了基于监控系统(SCADA)或自动功率控制系统(AGC/AVC)的并网逆变器有功和无功功率控制能力的现场试验验证方法,并对不同制造厂家的逆变器进行了现场实证测试。测试结果表明,参照国内外新能源相关功率控制特性指标,并网逆变器实际运行功率控制性能参差不齐,其存在问题包括功率控制精度差、实际无功容量与铭牌不符、逆变器运行参数设置不当等。针对上述问题提出了提升并网逆变器有功功率和无功功率控制技术性能及运行管理的措施和建议。     

天传所自主研发的500kW电站型光伏逆变器顺利通过零电压穿越测试

正近日,天传所自主研发的500 kW电站型光伏逆变器顺利通过中国电力科学研究院国家能源太阳能发电研发(实验)中心现场进行的零电压穿越测试,并以输出电流畸变率低、输出波形稳定,获得了高度评价。该项测试严格依据GB/T 19964—2012《光伏     

光伏电站功率快速控制应用研究

分析了光伏发电与电网稳定的矛盾,研究光伏发电特性和逆变器功率快速调节潜力,提出光伏电站快速功率调节助力电网稳定的原则。针对现有光伏电站通讯结构,逆变器功率控制算法进行研究,提出一种实现光伏电站整体功率快速控制应用的方案。从电站通讯系统架构、逆变器功率快速控制算法、有功快速控制与最大功率跟踪之间矛盾的解决方法等几个方面对方案进行了详细介绍。通过实际光伏电站现场的单机试验和全站试验,验证了应用方案的可行性。     

基于虚拟同步发电机的微电网逆变器

本文根据微电网对逆变器性能的要求,借鉴同步发电机的经典数学模型,设计了一种适用于微电网的逆变器控制模型(虚拟同步发电机)。该逆变器具有功率、电压、频率调节的功能,能够根据电网自身以及负荷的变化合理调整输出以满足系统的稳定性要求。在MATLAB/Simulink环境下搭建了该系统的仿真模型,仿真结果验证了该方法的正确性和合理性。     

两级式光伏并网逆变器母线电压稳定算法研究

母线电压的稳定控制是两级式光伏逆变器长期、稳定运行的前提。目前常用于单相逆变器中点电位平衡控制的方法有：增加分压电容容值法和并联功率电阻法等,但这些方法并不能彻底消除母线电容偏压,并且增加了电路复杂性、降低了系统效率。提出了一种通过调节并网电流的大小来控制母线电压稳定的方法,分别对高、低端母线电压进行采样,将采样值与期望值进行比较,将误差送到控制电路,并通过各自的母线控制器实现母线控制算法使其电压达到稳定状态。对基于这种控制算法的3 kW半桥光伏并网逆变器进行了针对性测试,测试结果证明了所提出的新型控制策略准确可行,适用于两级式光伏并网逆变器。     

决胜西部光伏电站—阳光电源逆变器一枝独秀

由于得天独厚的优良光照条件,广袤的中国西北部地区已发展成为世界上最大的光伏地面电站集群,也是光伏电站核心器件——光伏逆变器的兵家必争之地,成为各大光伏逆变器厂商的竞技台。阳光电源大功率光伏逆变器表现优异,系列产品成为众多西北电站业主和系统集成商的首选。在西北地区海拔、风沙、低温、温差等各种自然条件的影响下,作为光伏电站的核心器件,各大品牌光伏逆变器不仅需     

双级式光伏发电主动参与电网频率调节

为解决大规模光伏发电并网带来系统调频能力不足的问题,提出了双级式光伏发电有功功率-频率下垂控制和虚拟惯量控制,通过修改Boost变换器或网侧逆变器原有的控制结构来实现光伏发电主动参与电网频率调节。并分析虚拟惯性时间常数、锁相环控制带宽对虚拟惯量控制的影响。基于光伏发电的有功功率-相位运动模型、同步发电机组的频率响应模型来分析光伏发电的虚拟惯量特性及其对系统频率动态特性的影响。仿真结果表明:Boost变换器和网侧逆变器均可按照设定的下垂曲线来控制光伏阵列增发或减少一定量的有功功率,抑制电网频率跌落或升高;虚拟惯性时间常数越大或锁相环控制带宽越小,光伏发电的虚拟惯量越大,频率动态过程中可提供支撑的功率越多。     

大型光伏电站逆变器关键技术发展趋势

近年来光伏发电技术获得了飞速的发展,各项性能指标稳步提升,同时电站单瓦价格也在快速下降。并网逆变器作为光伏发电的核心设备,尤其是大型光伏电站中使用的大功率集中式逆变器,在整机效率、输出电能质量、电网适应性、可靠性及安装维护等方面都获得了长足的进步。总结了目前国内大型光伏电站运行中存在的一些问题以及对逆变器功能和性能的进一步要求,基于此展望了当下大型光伏电站用逆变器的关键技术发展趋势。     

光伏阵列特性仿真及其在光伏并网逆变器测试系统中的应用

提出了一种光伏阵列特性的工程计算方法,基于光伏电池组件的基本技术参数、光伏阵列总的串联单元数和并联支路数、以及现场光照强度和温度,即可得出光伏阵列的特性。以Matlab/Simulink为工具建立仿真模型,详细分析了光伏阵列的特性曲线。以该计算方法为理论基础,介绍了国内第一套光伏并网逆变器测试系统的构成及特点。以此为平台,对型号为AURORA-PVI-5000-OUTD逆变器性能进行了测试,并给出部分测试结果,与该逆变器出厂检测参数基本吻合,验证了该方法的正确性和实用性。     

光伏阵列特性仿真及其在光伏并网逆变器测试系统中的应用

提出了一种光伏阵列特性的工程计算方法,基于光伏电池组件的基本技术参数、光伏阵列总的串联单元数和并联支路数、以及现场光照强度和温度,即可得出光伏阵列的特性.以Matlab/Simulink为工具建立仿真模型,详细分析了光伏阵列的特性曲线.以该计算方法为理论基础,介绍了国内第一套光伏并网逆变器测试系统的构成及特点.以此为平台,对型号为AURORA-PVI-5000-OUTD逆变器性能进行了测试,并给出部分测试结果,与该逆变器出厂检测参数基本吻合,验证了该方法的正确性和实用性.     

面向机电暂态分析的光伏发电参与电网频率调节控制策略

为解决大规模光伏发电并网带来的系统调频能力不足的问题,提出面向机电暂态分析的单级式光伏发电有功功率-频率下垂控制和虚拟惯量控制,通过修改逆变器的控制结构来实现光伏发电主动参与电网频率调节。基于光伏发电不平衡有功功率激励-相位输出响应关系,分析控制增益系数、时间常数以及锁相环控制带宽对光伏发电的惯量特性的影响。仿真结果表明:逆变器可按照设定的下垂曲线来控制光伏阵列增发或减少一定量的有功功率,抑制电网频率跌落或升高;频率动态过程中,由于并网点电压矢量的动态作用而诱发的光伏发电增发功率取决于其虚拟惯量控制;虚拟惯量控制增益越大、时间常数越小或者锁相环控制带宽越小,光伏发电的虚拟惯量越大,频率动态过程中可提供支撑的功率越多。     

光伏逆变器认证标准研究

针对国内光伏离网逆变器和光伏并网逆变器认证标准均发生变化的情况,对新版标准规定的逆变器主要电气性能、环境适应性等内容以及产品认证单元的划分方式进行了详细的介绍,同时也说明光伏并网逆变器认证时,测试机构所需专业的仪器设备.从而为相关技术人员在逆变器按规设计上提供参考,为逆变器生产企业在申请产品认证时提供指导.     

光伏逆变器综合性能测试平台研究

为了对光伏逆变器性能参数进行准确有效的测试,需要搭建高性能的测试平台。本文对基于三相高频PWM整流器的光伏阵列模拟器作为试验电源的光伏逆变器综合性能测试平台进行系统仿真,验证了该方案的合理性和可行性,且有效解决了大容量和网侧谐波和无功污染的问题。同时,本文还对光伏逆变器的一些关键性能参数,如光伏逆变器效率、最大功率点跟踪性能、反孤岛保护功能、逆变器输出波形质量等,进行了分析和研究,并提出了测试方案,为进一步的测试工作打下了基础。