一种光伏电站频率调节方法及系统与流程

本发明涉及电网控制技术领域，具体涉及一种光伏电站频率调节方法及系统。

背景技术：

光伏发电是一种利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的新能源发电技术。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。光伏发电装置通过逆变器将电能传输至电网，形成并网型光伏发电系统。随着光伏并网发电系统接入电网的规模不断增加，给电网调度带来了电力系统潮流、稳定、调峰，以及多个光伏电站之间协调的问题，影响了电网接纳光伏发电的能力。

目前，一般采用下垂控制方法调节光伏并网发电系统的有功出力与电网频率，但是传统的下垂控制方法对电网的有功-频率支撑力度小，不能满足大规模光伏并网时电网频率稳定性的要求，同时也不利于电网对光伏发电的消纳。

技术实现要素：

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种光伏电站频率调节方法及系统。

第一方面，本发明中一种光伏电站频率调节方法的技术方案是：

依据光伏电站的并网点频率计算所述光伏电站的有功出力调节量，并依据该有功出力调节量修正光伏电站的有功功率参考值；

依据并网点频率和所述有功功率参考值对所述光伏电站进行有功功率调节；

采集有功功率调节后的并网点频率，依据所述并网点频率对电网进行频率滞回调节。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：

所述依据光伏电站的并网点频率计算光伏电站的有功出力调节量包括：

比较并网点频率及其阈值：

若f＞f_up，则光伏电站的有功出力减小量如下式(1)所示：

P_fup＝K_{p_fup}×(f-f_up) (1)

若f＜f_down，则光伏电站的有功出力增加量如下式(2)所示：

P_fdn＝K_{p_fdn}×(f_down-f) (2)

其中，f为并网点频率，f_up和f_down分别为并网点频率的上限值和下限值，K_{p_fup}和K_{p_fdn}均为比例系数；

所述修正光伏电站的有功功率参考值包括：

若f＞f_up，则修正后的有功功率参考值如下式(3)所示：

P_{poi_ref}＝P_{poi_ref0}-P_fup (3)

若f＜f_down，则修正后的有功功率参考值如下式(4)所示：

P_{poi_ref}＝P_{poi_ref0}+P_fdn (4)

其中，P_{poi_ref0}为有功功率参考值的初始值。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：所述有功功率调节包括有功功率减小调节和有功功率增大调节；

所述对光伏电站进行有功功率调节包括：

比较并网点频率及其阈值：若f＞f_up则对光伏电站进行有功功率减小调节；若f＜f_down则对光伏电站进行有功功率增大调节；

其中，f为并网点频率，f_up和f_down分别为并网点频率的上限值和下限值。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：

所述对光伏电站进行有功功率减小调节包括：

比较所述修正后的有功功率参考值及其下限值：若所述有功功率参考值大于下限值则依据有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；否则依据所述有功功率参考值的下限值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：

所述对光伏电站进行有功功率增大调节包括：

比较所述修正后的有功功率参考值及其上限值：若所述有功功率参考值小于上限值则依据有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；否则依据所述有功功率参考值的上限值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：所述频率滞回调节包括过频滞回调节和欠频滞回调节；

所述依据并网点频率对电网进行频率滞回调节包括比较并网点频率及其阈值：若f＞f_up则对电网进行过频滞回调节；若f＜f_down则电网进行欠频滞回调节；

其中，f为并网点频率，f_up和f_down分别为并网点频率的上限值和下限值。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：依据并网点频率对电网进行过频滞回调节包括：

判断对光伏电站进行有功功率减小调节后的并网点频率是否继续升高：若升高则对光伏电站持续进行有功功率减小调节；否则，获取所述并网点频率的最大值并按照下式计算与所述最大值对应的光伏电站的有功出力减小量；

P_{fup_max}＝K_{p_fup}×(f-f_{up_max}) (5)

其中，f_{up_max}为并网点频率的最大值；

比较所述并网点频率和过频滞回阈值：若并网点频率大于过频滞回阈值则依据所述有功出力减小量P_{fup_max}修正光伏电站的有功功率参考值，并依据所述修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；

所述修正后的有功功率参考值如下式(6)所示：

P_{poi_ref}＝P_{poi_ref0}-P_{fup_max} (6)。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：依据并网点频率对电网进行欠频滞回调节包括：

判断对光伏电站进行有功功率增大调节后的并网点频率是否继续下降：若下降则对光伏电站持续进行有功功率增大调节；否则，获取所述并网点频率的最小值并按照下式计算与所述最小值对应的光伏电站的有功出力减小量；

P_{fdn_min}＝K_{p_fdn}×(f-f_{dn_min}) (7)

其中，f_{dn_min}为并网点频率的最小值；

比较所述并网点频率和欠频滞回阈值：若并网点频率小于欠频滞回阈值则依据所述有功出力减小量P_{fdn_max}修正光伏电站的有功功率参考值，并依据所述修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；

所述修正后的有功功率参考值如下式(8)所示：

P_{poi_ref}＝P_{poi_ref0}+P_{fdn_max} (8)。

第二方面，本发明中一种光伏电站频率调节系统的技术方案是：

所述系统包括：

有功功率调节模块，用于依据光伏电站的并网点频率计算光伏电站的有功出力调节量，并依据该有功出力调节量修正光伏电站的有功功率参考值；以及对光伏电站进行有功功率调节；

频率滞回调节模块，用于采集所述有功功率调节模块对光伏电站进行有功功率调节后的并网点频率，依据并网点频率对电网进行频率滞回调节。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：所述有功功率调节模块包括有功出力调节量计算单元和有功功率参考值修正单元；所述有功出力调节量计算单元包括有功出力减小量计算模型和有功出力增加量计算模型；

所述有功出力减小量计算模型如下式(9)所示：

P_fup＝K_{p_fup}×(f-f_up) (9)

其中，f＞f_up，f_up为并网点频率的上限值，K_{p_fup}为比例系数；

所述有功出力增加量计算模型如下式(10)所示：

P_fdn＝K_{p_fdn}×(f_down-f) (10)

其中，f＜f_down，f_down为并网点频率的下限值，K_{p_fdn}为比例系数；

所述有功功率参考值修正单元计算模型如下式(11)所示：

其中，P_{poi_ref0}为有功功率参考值的初始值。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：所述有功功率调节模块包括第一比较单元、有功功率减小调节单元和有功功率增大调节单元；

所述第一比较单元，用于比较并网点频率及其阈值：若所述并网点频率大于其上限值则所述有功功率减小调节单元对光伏电站进行有功功率减小调节；若所述并网点频率小于其下限值则所述有功功率增大调节单元对光伏电站进行有功功率增大调节；

所述有功功率减小调节单元，用于比较所述修正后的有功功率参考值及其下限值：若所述有功功率参考值大于下限值则依据有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；否则依据所述有功功率参考值的下限值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；

所述有功功率增大调节单元，用于比较所述修正后的有功功率参考值及其上限值：若所述有功功率参考值小于上限值则依据有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；否则依据所述有功功率参考值的上限值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：所述频率滞回调节模块包括第二比较单元、过频滞回调节单元和欠频滞回调节单元；

所述第二比较单元，用于比较并网点频率及其阈值：若所述并网点频率大于其上限值则所述过频滞回调节单元对电网进行过频滞回调节；若所述并网点频率小于其下限值则所述欠频滞回调节单元对电网进行欠频滞回调节。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：

所述过频滞回调节单元包括：过频并网点趋势判断子单元和过频有功功率调节子单元；

所述过频并网点趋势判断子单元，用于判断并网点频率是否继续升高：若升高则控制有功功率调节模块对光伏电站持续进行有功功率减小调节；否则，计算与所述并网点频率的最大值对应的光伏电站的有功出力减小量；

所述过频有功功率调节子单元，用于比较并网点频率和过频滞回阈值：若并网点频率大于过频滞回阈值则依据所述过频并网点趋势判断子单元计算得到的有功出力减小量修正光伏电站的有功功率参考值，并依据所述修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

进一步地，本发明提供一种优选技术方案为：

所述欠频并网点趋势判断子单元，用于判断并网点频率是否继续下降：若下降则控制有功功率调节模块对光伏电站持续进行有功功率增大调节；否则，计算与所述并网点频率的最小值对应的光伏电站的有功出力减小量；

所述欠频有功功率调节子单元，用于比较并网点频率和欠频滞回阈值：若并网点频率小于欠频滞回阈值则依据所述欠频并网点趋势判断子单元计算得到的有功出力减小量修正光伏电站的有功功率参考值，并依据所述修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种光伏电站频率调节方法，通过并网点频率计算光伏电站的有功出力调节量，可以在并网点频率发生越限时减少或增加光伏电站的有功出力，支撑电网频率恢复至正常运行范围；同时还可以依据并网点频率对电网进行频率滞回调节，将电网频率控制在滞回区间内增大了电网频率的支撑力度。

2、本发明提供的一种光伏电站频率调节系统，有功功率调节模块可以在并网点频率发生越限时减少或增加光伏电站的有功出力，支撑电网频率恢复至正常运行范围；频率滞回调节模块可以依据并网点频率对电网进行频率滞回调节，将电网频率控制在滞回区间内增大了电网频率的支撑力度。

附图说明

图1：本发明实施例中一种光伏电站频率调节方法实施流程示意图；

图2：本发明实施例中过频滞回调节曲线示意图；

图3：本发明实施例中欠频滞回调节曲线示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面分别结合附图，对本发明实施例提供的一种光伏电站频率调节方法进行说明。

本发明实施例中电网频率调节方法可以包括下述步骤：

步骤S101：依据光伏电站的并网点频率计算光伏电站的有功出力调节量，并依据该有功出力调节量修正光伏电站的有功功率参考值。

步骤S102：依据并网点频率和有功功率参考值对光伏电站进行有功功率调节。

步骤S103：采集对光伏电站进行有功功率调节后的并网点频率，依据并网点频率对电网进行频率滞回调节。

本实施例中通过并网点频率计算光伏电站的有功出力调节量，可以在并网点频率发生越限时减少或增加光伏电站的有功出力，支撑电网频率恢复至正常运行范围。同时还可以依据并网点频率对电网进行频率滞回调节，将电网频率控制在滞回区间内增大了电网频率的支撑力度。

图1为本发明实施例中一种光伏电站频率调节方法实施流程示意图，如图所示，本实施例中：

进一步地，步骤S101中依据光伏电站的并网点频率计算光伏电站的有功出力调节量可以采用下述步骤实施，具体为：

比较并网点频率及其阈值：

若f＞f_up，则光伏电站的有功出力减小量如下式(1)所示：

P_fup＝K_{p_fup}×(f-f_up) (1)

若f＜f_down，则光伏电站的有功出力增加量如下式(2)所示：

P_fdn＝K_{p_fdn}×(f_down-f) (2)

其中，f为并网点频率，f_up和f_down分别为并网点频率的上限值和下限值，K_{p_fup}和K_{p_fdn}均为比例系数。

进一步地，步骤S101中修正光伏电站的有功功率参考值可以采用下述步骤实施，具体为：

比较并网点频率及其阈值：

若f＞f_up，则修正后的有功功率参考值如下式(3)所示：

P_{poi_ref}＝P_{poi_ref0}-P_fup (3)

若f＜f_down，则修正后的有功功率参考值如下式(4)所示：

P_{poi_ref}＝P_{poi_ref0}+P_fdn (4)

其中，P_{poi_ref0}为有功功率参考值的初始值。

进一步地，步骤S102还可以包括下述步骤。

本实施例中有功功率调节可以包括有功功率减小调节和有功功率增大调节。对光伏电站进行有功功率调节包括：

比较并网点频率及其阈值：若f＞f_up则对光伏电站进行有功功率减小调节；若f＜f_down则对光伏电站进行有功功率增大调节。其中，

1、对光伏电站进行有功功率减小调节

比较在步骤S101中修正后的有功功率参考值及其下限值：若有功功率参考值大于下限值则依据有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；否则依据有功功率参考值的下限值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令，各光伏逆变器根据各自接收到的有功控制指令运行，本实施例中有功功率控制指令包含各逆变器输出功率的期望值。

2、对光伏电站进行有功功率增大调节

比较在步骤S101中修正后的有功功率参考值及其上限值：若有功功率参考值小于上限值则依据有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；否则依据有功功率参考值的上限值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令，各光伏逆变器根据各自接收到的有功控制指令运行。

进一步地，本实施例中步骤S103中依据并网点频率对电网进行频率滞回调节可以采用下述步骤实施，具体为：

1、获取有功出力调节量的最大值。

本实施例中有功出力调节量的最大值指的是需要减少有功出力的最大值或增加有功出力的最大值，可以根据并网点频率变化趋势确定与有功出力调节量的最大值。

2、比较并网点频率及其滞回阈值：若并网点频率未达到滞回阈值，则依据有功出力调节量的最大值修正有功功率参考值，依据修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令，各光伏逆变器根据各自接收到的有功控制指令运行。

本实施例中频率滞回调节包括过频滞回调节和欠频滞回调节，依据并网点频率对电网进行频率滞回调节包括比较并网点频率及其阈值：若f＞f_up则对电网进行过频滞回调节；若f＜f_down则电网进行欠频滞回调节。下面对这两种滞回调节方法进行具体说明。

1、过频滞回调节

(1)判断对光伏电站进行有功功率减小调节后的并网点频率是否继续升高：若升高则对光伏电站持续进行有功功率减小调节，即返回步骤S102；否则，获取并网点频率的最大值并按照下式计算与最大值对应的光伏电站的有功出力减小量；

P_{fup_max}＝K_{p_fup}×(f-f_{up_max}) (5)

其中，f_{up_max}为并网点频率的最大值。

(2)比较并网点频率和过频滞回阈值：若并网点频率大于过频滞回阈值则依据有功出力减小量P_{fup_max}修正光伏电站的有功功率参考值，并依据修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令，各光伏逆变器根据各自接收到的有功控制指令运行。

修正后的有功功率参考值如下式(6)所示：

P_{poi_ref}＝P_{poi_ref0}-P_{fup_max} (6)。

图2为本发明实施例中过频滞回调节曲线示意图，如图所示，本实施例中f_up为并网点频率的上限值，f_{up_stop}为过频滞回阈值，当并网点频率f＞f_up时按照公式(3)计算的有功功率参考值对光伏电站进行有功功率减小调节使得并网点频率f_{up_stop}＜f＜f_up，此时对电网进行过频滞回调节，使得电网频率返回过频滞回阈值之前一直保持有功功率的最大力度支撑，因此可以适用于具有较高光伏发电渗透率的电网。

2、欠频滞回调节

(1)判断对光伏电站进行有功功率增大调节后的并网点频率是否继续下降：若下降则对光伏电站持续进行有功功率增大调节，即返回步骤S102；否则，获取并网点频率的最小值并按照下式计算与最小值对应的光伏电站的有功出力减小量；

P_{fdn_min}＝K_{p_fdn}×(f-f_{dn_min}) (7)

其中，f_{dn_min}为并网点频率的最小值。

(2)比较并网点频率和欠频滞回阈值：若并网点频率小于欠频滞回阈值则依据有功出力减小量P_{fdn_max}修正光伏电站的有功功率参考值，并依据修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令，各光伏逆变器根据各自接收到的有功控制指令运行。

修正后的有功功率参考值如下式(8)所示：

P_{poi_ref}＝P_{poi_ref0}+P_{fdn_max} (8)。

图3为本发明实施例中欠频滞回调节曲线示意图，如图所示，本实施例中f_dn为并网点频率的下限值，f_{dn_stop}为欠频滞回阈值，当并网点频率f＜f_dn时按照公式(4)计算的有功功率参考值对光伏电站进行有功功率增大调节使得并网点频率f_dn＜f＜f_{dn_stop}，此时对电网进行欠频滞回调节，使得电网频率返回过频滞回阈值之前一直保持有功功率的最大力度支撑，因此可以适用于具有较高光伏发电渗透率的电网。

本发明实施例中电网频率调节方法相较于传统的频率下垂控制方法，对电网的有功-频率支撑力度更大，在原有的单一阈值基础上设置了滞回点，且电网频率返回滞回点之前一直保持有功功率的最大力度支撑，因此可以适用于具有较高光伏发电渗透率的电网。

本发明还提供了一种光伏电站频率调节系统，并给出具体实施例。

本实施例中电网频率调节系统包括有功功率调节模块和频率滞回调节模块。其中，

有功功率调节模块，用于依据光伏电站的并网点频率计算光伏电站的有功出力调节量，并依据该有功出力调节量修正光伏电站的有功功率参考值；以及对光伏电站进行有功功率调节。

频率滞回调节模块，用于采集有功功率调节模块对光伏电站进行有功功率调节后的并网点频率，依据并网点频率对电网进行频率滞回调节。

本实施例中有功功率调节模块通过并网点频率计算光伏电站的有功出力调节量，可以在并网点频率发生越限时减少或增加光伏电站的有功出力，支撑电网频率恢复至正常运行范围；频率滞回调节模块可以依据并网点频率对电网进行频率滞回调节，将电网频率控制在滞回区间内增大了电网频率的支撑力度。

进一步地，本实施例中有功功率调节模块还可以包括下述结构。

本实施例中有功功率调节模块包括有功出力调节量计算单元、有功功率参考值修正单元、第一比较单元、有功功率减小调节单元和有功功率增大调节单元。其中，

1、有功出力调节量计算单元

本实施例中有功出力调节量计算单元包括有功出力减小量计算模型和有功出力增加量计算模型。

(1)有功出力减小量计算模型如下式(9)所示：

P_fup＝K_{p_fup}×(f-f_up) (9)

(2)有功出力增加量计算模型如下式(10)所示：

P_fdn＝K_{p_fdn}×(f_down-f) (10)

2、有功功率参考值修正单元

本实施例中有功功率参考值修正单元计算模型如下式(11)所示：

其中，P_{poi_ref0}为有功功率参考值的初始值。

3、第一比较单元

本实施例中第一比较单元，用于比较并网点频率及其阈值。若并网点频率大于其上限值则有功功率减小调节单元对光伏电站进行有功功率减小调节；若并网点频率小于其下限值则有功功率增大调节单元对光伏电站进行有功功率增大调节。

4、有功功率减小调节单元

本实施例中有功功率减小调节单元，用于比较有功功率参考值修正单元修正后的有功功率参考值及其下限值：若有功功率参考值大于下限值则依据有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；否则依据有功功率参考值的下限值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

5、有功功率增大调节单元

本实施例中有功功率增大调节单元，用于比较有功功率参考值修正单元修正后的有功功率参考值及其上限值：若有功功率参考值小于上限值则依据有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令；否则依据有功功率参考值的上限值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

进一步地，本实施例中频率滞回调节模块还可以包括下述结构。

本实施例中频率滞回调节模块包括第二比较单元、过频滞回调节单元和欠频滞回调节单元。其中，

1、第二比较单元

本实施例中第二比较单元，用于比较并网点频率及其阈值：若并网点频率大于其上限值则过频滞回调节单元对电网进行过频滞回调节；若并网点频率小于其下限值则欠频滞回调节单元对电网进行欠频滞回调节。

2、过频滞回调节单元

本实施例中过频滞回调节单元包括过频并网点趋势判断子单元和过频有功功率调节子单元，具体为：

(1)过频并网点趋势判断子单元

过频并网点趋势判断子单元用于判断并网点频率是否继续升高：若升高则控制有功功率减小调节单元对光伏电站持续进行有功功率减小调节；否则，计算与并网点频率的最大值对应的光伏电站的有功出力减小量。

(2)过频有功功率调节子单元

过频有功功率调节子单元用于比较并网点频率和过频滞回阈值：若并网点频率大于过频滞回阈值则依据过频并网点趋势判断子单元计算得到的有功出力减小量修正光伏电站的有功功率参考值，并依据修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

3、欠频滞回调节单元

本实施例中欠频滞回调节单元包括欠频并网点趋势判断子单元和欠频有功功率调节子单元，具体为：

(1)欠频并网点趋势判断子单元

欠频并网点趋势判断子单元，用于判断并网点频率是否继续下降：若下降则控制有功功率增大调节单元对光伏电站持续进行有功功率增大调节；否则，计算与并网点频率的最小值对应的光伏电站的有功出力减小量。

(2)欠频有功功率调节子单元

欠频有功功率调节子单元，用于比较并网点频率和欠频滞回阈值：若并网点频率小于欠频滞回阈值则依据欠频并网点趋势判断子单元计算得到的有功出力减小量修正光伏电站的有功功率参考值，并依据修正后的有功功率参考值向光伏电站内各光伏逆变器发送有功控制指令。

本发明实施例中电网频率调节系统，对电网的有功-频率支撑力度更大，在原有的单一阈值基础上设置了滞回点，且电网频率返回滞回点之前一直保持有功功率的最大力度支撑，因此可以适用于具有较高光伏发电渗透率的电网。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。