CN110176790B - 具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制方法和*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新能源发电控制技术领域,特别涉及一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制方法,包括如下步骤:(A)控制模块采集变压器输出端电站并网点的电压、电流和频率信息;(B)控制模块根据有功‑频率特性曲线和频率计算有功控制目标值,并根据无功‑电压特性曲线和电压信息计算无功控制目标值;(C)控制模块对两个目标值进行处理后输出PWM控制信号调节发电站的有功功率输出和无功功率输出;并公开了对应的***。根据电网对光伏发电站快速自动控制的要求,本发明在控制***群发群控的基础上,增加快速频率响应功能;增加实时检测并网母线短路容量依此调整控制参数,避免***出现推拉振荡,改善调节品质,确保电站和电网安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及新能源发电控制技术领域,特别涉及一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制方法和***。
背景技术
以风能和太阳能等为代表的高效、清洁、可再生能源发电技术受到世界各国的高度重视,如何将这些电源安全地接入***,需要解决大功率、高效和高质量的能量转换和控制问题。新能源发电对优化能源结构、推动节能减排、实现经济可持续发展具有重要意义。
截止2017年底我国西北电网新能源装机已近总容量的40%。迫切要求新能源电站参与电网的调峰调压,否则电网无法安全稳定运行。由于光伏、风电等新能源电站天然具有反负荷特性,传统上新能源电站的有功、无功功率均不好调整,电力***传统循环应答式的控制模式远不能满足新能源电站一对多点的调节控制,在电网频率和电压经受较大扰动时,无法快速响应。同时,在多机***的新能源电站的控制中,由于其电气距离的差异,控制性能的不一致性等影响,调节过程易出现推拉震荡,影响***安全。特别是无功,一般只依靠按装机容量20%配置的动态无功补偿装置SVG,因此远远满足不了经常承受动态扰动的电网快速、准确响应的要求。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制方法,实现快速频率响应和功率协调控制。
为实现以上目的,本发明采用的技术方案为:一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制方法,包括如下步骤:(A)控制模块采集变压器输出端电站并网点的电压、电流和频率信息;(B)控制模块根据有功-频率特性曲线和频率计算有功控制目标值,并根据无功-电压特性曲线和电压信息计算无功控制目标值;(C)控制模块对有功控制目标值和无功控制目标值进行处理后输出PWM控制信号至发电站的逆变器中用于调节发电站的有功功率输出和无功功率输出。
与现有技术相比,本发明存在以下技术效果:根据电网对光伏发电站快速自动控制的要求,本发明在控制***群发群控的基础上,增加快速频率响应功能;为了加强控制***的稳定性、鲁棒性,我们在控制策略上引入了频率控制的调差系数δp和电压控制的调差系数δq;并且在光伏发电站的自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)的PID(比例/积分/微分)控制策略中,增加实时检测并网母线短路容量依此调整控制参数,避免***出现推拉振荡,改善调节品质,确保电站和电网安全稳定运行。
本发明的另一个目的在于提供一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制***,实现快速频率响应和功率协调控制。
为实现以上目的,本发明采用的技术方案为:一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制***,包括光伏方阵模块、汇流箱、逆变器、变压器以及控制模块,所述的光伏方阵模块的输出端依次通过汇流箱、逆变器和变压器后连接母线后并网,控制模块采集变压器输出端电站并网点的电压、电流和频率信息,控制模块根据有功-频率特性曲线和频率信息计算有功控制目标值,并根据无功-电压特性曲线和电压信息计算无功控制目标值;控制模块对有功控制目标值和无功控制目标值进行处理后输出PWM控制信号至发电站的逆变器中用于调节发电站的有功功率输出和无功功率输出。
与现有技术相比,本发明存在以下技术效果:根据电网对光伏发电站快速自动控制的要求,本发明在控制***群发群控的基础上,增加快速频率响应功能;为了加强控制***的稳定性、鲁棒性,我们在控制策略上引入了频率控制的调差系数δp和电压控制的调差系数δq;并且在光伏发电站的自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)的PID(比例/积分/微分)控制策略中,增加实时检测并网母线短路容量依此调整控制参数,避免***出现推拉振荡,改善调节品质,确保电站和电网安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明的原理框图;
图2是有功-频率特性曲线。
具体实施方式
下面结合图1至图2,对本发明做进一步详细叙述。
参阅图1,一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制方法,包括如下步骤:(A)控制模块采集变压器输出端电站并网点的电压、电流和频率信息;(B)控制模块根据有功-频率特性曲线和频率计算有功控制目标值,并根据无功-电压特性曲线和电压信息计算无功控制目标值;(C)控制模块对有功控制目标值和无功控制目标值进行处理后输出PWM控制信号至发电站的逆变器中用于调节发电站的有功功率输出和无功功率输出。根据电网对光伏发电站快速自动控制的要求,本发明在控制***群发群控的基础上,增加快速频率响应功能;为了加强控制***的稳定性、鲁棒性,我们在控制策略上引入了频率控制的调差系数δp和电压控制的调差系数δq;并且在光伏发电站的自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)的PID(比例/积分/微分)控制策略中,增加实时检测并网母线短路容量依此调整控制参数,避免***出现推拉振荡,改善调节品质,确保电站和电网安全稳定运行。
为了更为准确的计算有功控制目标值和无功控制目标值,保证控制模块的控制精确度,本发明中优选地,所述的步骤B中,按如下公式计算有功控制目标值:(S11)在频率响应死区内,Pt=P0;(S12)在频率响应死区外且在发电站的有功功率调节能力内,
(S13)在发电站的有功功率调节能力外,Pt=P0±a*Pn;以上三个公式中,Pt为有功控制目标值,P0为有功功率初值,Pn为额定有功功率,f为控制模块采集到的当前频率值,fd为快速频率响应死区,fn为***额定频率,δp%为频率控制调差系数,a为发电站有功功率调节能力。这里的有功功率调节能力a以及下文中的无功功率调节能力b属于发电站的固有属性,在发电站建好后即可确定。在发电站的输出功率控制方面,各发电站的调节范围不会超过其调节能力。这里根据所采集到频率的不同,对有功控制目标值Pt进行合理的计算,保证后续有功功率输出的准确调节,提高电网稳定性。
参阅图2,为了更清楚的示意出有功控制目标值的计算,这里举例进行详细的阐述:所述的***额定频率fn=50Hz,快速频率响应死区fd=50±0.06Hz,发电站有功功率调节能力a=10%,控制模块按如下公式计算有功控制目标值:
这个公式更具体化,其本质与之前的步骤S11-S13是相同的,只是对步骤S11-S13中的一些参数取了常见的数值后得到的,需要注意的是,这里的数值只是以某个光伏电站为例,对于其他光伏电站或风电来说,这些参数有所不同,根据实际的参数去选择。通过该公式的计算,可以准确的计算出有功控制目标值。
更优选地,所述的频率测量精度小于等于0.001Hz,频率采样周期小于等于42ms。这里的频率可以根据光伏电站主变高压侧(出线)的工况计算电网频率。这里一般采用AGC***直采***频率,采样精度高、速度快,通过直采频率进行快速频率响应功能逻辑计算,可有效提高快速频率响应功能的时效性。
优选地,所述的步骤B中,按如下方式计算无功控制目标值:(S21)在电压响应死区内,Qt=Q0;(S22)在电压响应死区外且在发电站的无功功率调节能力内,
(S23)在发电站的无功功率调节能力外,Qt=Q0±b*Qn;以上三个公式中,Qt为无功控制目标值,Q0为无功功率初值,Qn为额定无功功率,U为控制模块采集到的当前电压值,Ud为快速电压响应死区,Un为***额定电压,δq%为电压控制调差系数,b为发电站无功功率调节能力,b由发电站的双向无功(容性或感性)调节能力决定。这里根据所采集到电压的不同,对无功控制目标值Qt进行合理的计算,保证后续无功功率输出的准确调节,提高电网稳定性。
更进一步地,所述的步骤C中,控制模块包括自动发电控制单元AGC和自动电压控制单元AVC;自动发电控制单元AGC对有功控制目标值进行处理并输出PWM控制信号至发电站的逆变器中用于调节发电站的有功功率输出;控制模块实时检测母线ΔQ/ΔU值的变化,根据母线短路容量以逐步逼近法和扰动检测法选取自动电压控制单元AVC中PID参数比例放大倍数KP、积分增益Ki以及微分增益Kd并输出至自动电压控制单元AVC中,自动电压控制单元AVC对PID参数和无功控制目标值进行处理并输出PWM控制信号至发电站的逆变器中用于调节发电站的无功功率输出。通过该步骤,可以满足不同电网接入点和随机变化的并网点母线短路容量的要求,防止***推拉震荡。
本发明还公开了一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制***,包括光伏方阵模块、汇流箱、逆变器、变压器以及控制模块,所述的光伏方阵模块的输出端依次通过汇流箱、逆变器和变压器后连接母线后并网,控制模块采集变压器输出端电站并网点的电压、电流和频率信息,控制模块根据有功-频率特性曲线和频率信息计算有功控制目标值,并根据无功-电压特性曲线和电压信息计算无功控制目标值;控制模块对有功控制目标值和无功控制目标值进行处理后输出PWM控制信号至发电站的逆变器中用于调节发电站的有功功率输出和无功功率输出。根据电网对光伏发电站快速自动控制的要求,本发明在控制***群发群控的基础上,增加快速频率响应功能;为了加强控制***的稳定性、鲁棒性,我们在控制策略上引入了频率控制的调差系数δp和电压控制的调差系数δq;并且在光伏发电站的自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)的PID(比例/积分/微分)控制策略中,增加实时检测并网母线短路容量依此调整控制参数,避免***出现推拉振荡,改善调节品质,确保电站和电网安全稳定运行。
所述的有功-频率特性曲线和无功-电压特性曲线在前述的控制方法中已经详细述及,这里就不再赘述。
更进一步地,所述的控制模块包括调度单元、高精度测频模块、自动发电控制单元AGC以及自动电压控制单元AVC;调度单元用于向自动发电控制单元AGC下发发电站有功功率调节任务且用于向自动电压控制单元AVC下发发电站无功功率调节任务;高精度测频模块用于检测电网频率信息;自动发电控制单元AGC用于执行发电站有功功率调节策略;自动电压控制单元AVC用于执行发电站无功功率调节策略。
本***在改进后具有诸多优点:其一,***频率采集精度高、速度快,AGC***直采***频率,采样精度高、速度快,通过直采频率进行快速频率响应功能逻辑计算,可有效提高快速频率响应功能的时效性。其二,有功指令传输快,***闭环响应时间短,光伏电站AGC***控制指令采用以太网传输方式,通过优化指令传输方案,可有效缩短快速频率响应的指令传输时间。其三,功能扩展性好,利用现有的调度数据网通道可以很方便的实现与调度端***的互联、信息互通,有利于调度对装置的监视和管理等,具有很好的功能扩展性。其四,多方连接灵活,本***支持网络通讯,规约支持IEC104、IEC103、MODBUSTCP等多种规约,适用于和多种对象进行数据交互。其五,充分考虑信息网络***的安全,在信息交互的关键环节加装必要的加密和隔离装置。上述控制方法和装置已成功运用于正在运行的光伏发电站,有利于电网的安全、稳定、经济运行,减少了电站的运行损耗,该项技术的推广具有极大的社会效益和可观的经济效益。
Claims (7)
1.一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制方法,其特征在于:包括如下步骤:
(A)控制模块采集变压器输出端电站并网点的电压、电流和频率信息;
(B)控制模块根据有功-频率特性曲线和频率计算有功控制目标值,并根据无功-电压特性曲线和电压信息计算无功控制目标值;
(C)控制模块对有功控制目标值和无功控制目标值进行处理后输出PWM控制信号至发电站的逆变器中用于调节发电站的有功功率输出和无功功率输出;
所述的频率测量精度小于等于0.001Hz,频率采样周期小于等于42ms;
5.一种具有快速频率响应的新能源发电站的功率控制***,其特征在于:包括光伏方阵模块、汇流箱、逆变器、变压器以及控制模块,所述的光伏方阵模块的输出端依次通过汇流箱、逆变器和变压器后连接母线后并网,控制模块采集变压器输出端电站并网点的电压、电流和频率信息,控制模块根据有功-频率特性曲线和频率信息计算有功控制目标值,并根据无功-电压特性曲线和电压信息计算无功控制目标值;控制模块对有功控制目标值和无功控制目标值进行处理后输出PWM控制信号至发电站的逆变器中用于调节发电站的有功功率输出和无功功率输出;
所述的控制模块包括调度单元、高精度测频模块、自动发电控制单元AGC以及自动电压控制单元AVC;调度单元用于向自动发电控制单元AGC下发发电站有功功率调节任务且用于向自动电压控制单元AVC下发发电站无功功率调节任务;高精度测频模块用于检测电网频率信息;自动发电控制单元AGC用于执行发电站有功功率调节策略;自动电压控制单元AVC用于执行发电站无功功率调节策略;
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