一种适用于光伏电站的快速调频装置及方法与流程

本发明涉及光电调频领域，更具体地说，涉及一种涉及在光伏场站中运用逆变器，从而提高电网的快速调频效果。

背景技术：

随着光伏发电装机容量越来越大，太阳能在电力系统中占据的地位越来越重要，光伏电场参与电力系统的一次调频得到大力推广及应用。

目前，光伏逆变器调频方案已出台具体的推荐方案，与传统同步发电机相比，由于光伏逆变器的电力电子特性，调节迅速的特性，在西北电网已大面积推广应用。目前已投入的适用于光伏场的快速调频装置，从运行以及调节的程度来讲，基本满足预期。

但是新能源发电机组通常采用电力电子变换器并网，并网变换器响应速度块，不具备维持系统安全稳定运行所需的惯性和阻尼，因此缺乏一种与配电网有效的“同步”机制，当大规模的能源机组并入电网后，系统总转动惯量相对下降，从而影响到系统的快速频率响应速度，使得电网的稳定性大大降低。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的使得电网的稳定性大大降低的缺陷，提供一种涉及光伏场站运用逆变器的快速调节能力，实现电网快速调频的装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种适用于光伏电站的调频装置，该装置包括了第一、第二模拟量采集单元，所述第一、第二模拟量采集单元接入到电网并网点中，用于采集电网的实时电压和实时电流，该装置还包括与第一模拟量采集单元连接的功率响应控制单元，该装置还包括与第二模拟量采集单元连接的频率响应控制单元，其中，采集到的电网实时电压和实时电流，将进一步传输到功率、频率响应控制单元，由所述功率响应控制单元，根据接收到的实时电压、实时电流，计算出电网的实时有功功率P0；由所述频率响应控制单元，根据接收到的实时电压，计算电网的实时频率f；其特征在于，该装置还包括频率控制管理单元，所述功率、频率响应控制单元分别连接到所述频率控制管理单元，其中：

所述频率、功率响应控制单元计算出的实时有功功率P0、实时频率f将上传到所述频率控制管理单元；由所述频率控制管理单元根据接收到的数据，对为电网进行供电的光伏电站的目标有功功率调节值P进行计算，并根据所得的目标有功功率调节值P，来控制光伏电站中处于运行状态下的逆变器的有功功率值，在所述运行状态下的逆变器有功功率的控制、调整作用下，从而实现对电网的快速调频。

进一步的，通过所述频率控制管理单元计算光伏电站的目标有功功率调节值P的过程为：首先，将电网的实时频率f与电网的基准频率进行做差；然后，在所得的差值α大于或等于预设的阈值β时，则将所述电网的实时有功功率P0带入到公式(1)中，计算得到当前光伏电站的目标有功功率调节值P；所述公式(1)为：

其中，PN为光伏电站的额定功率且为预设值，fd为针对调频而设置的门槛值即所述预设的阈值β，fN为电网母线的额定频率且为预设值，δ％为调差率且为预设值。

进一步的，光伏电站中的每台逆变器和频率控制管理单元均集中接入环网交换机，其中，所有逆变器的运行状态将进一步通过环网交换机反馈到频率控制管理单元，所述频率控制管理单元根据接收到的有功功率调节数据，在确定了当前处于运行状态下的逆变器数量之后，根据所述运行状态下的逆变器数量值，对目标有功功率调节值P求平均，其中，得到的平均值即作为每台运行状态下的逆变器有功功率调节值ΔP1，所述有功功率调节值ΔP1将以遥调指令的形式，通过所述环网交换机下发到每台处于运行转态下的逆变器，而逆变器则根据接收到的遥调指令，进一步调节自身的有功功率。

进一步的，所述频率控制管理单元中还包括录波子单元，通过所述录波子单元，对电网的母线频率、光伏电站的实发有功功率和目标有功功率进行录波，根据当前的录波数据对调频的动作时间、频率的恢复幅度进行分析评价，其中，根据所述调频的动作时间进一步验证调频动作是否正确，根据所述频率的恢复幅度调频时间验证当前是否满足规范指标。

进一步的，所述频率控制管理单元中还包括延时处理子单元，所述延时处理子单元用于当所述差值α大于或等于预设的阈值β时，即判断为电网的实时频率已超过频率变化上限，当前对所述快速调频装置进行延时处理，即在延时x秒后，在进行有功功率调节值P的计算。

本发明提供的一种适用于光伏电站的调频方法，该方法采用上述调频转置，实现对电网的快速调频，该方法具体包括以下步骤：

S1、启动第一、第二模拟量采集单元，对电网的实时电压和实时电流进行采集；

S2、启动频率、功率响应控制单元对电网的实时电压和实时电流进行接收，进一步在上述两个控制单元中，计算出电网的实时频率和实时功率，同时将得到的实时频率和实时功率上传到频率控制管理单元；

S3、所述频率控制管理单元将接收到的电网实时频率，与电网的基准频率进行做差，当所得差值大于或等于预设的阈值时，判断当前电网的实时频率已超过频率变化上限，当前则通过延时处理子单元，进行延时处理，即在延时x秒后，在进行有功功率调节值P的计算；

S4、在频率控制管理单元内，根据得到的有功功率调节值P，结合每台逆变器反馈到频率控制管理单元的运行状态数据，确定单台运行状态下的逆变器的有功功率设定值ΔP1，所述有功功率调节值ΔP1将以遥调指令的形式，通过所述环网交换机下发到每台运行转态下的逆变器，逆变器则根据接收到的遥调指令，进一步调节自身的有功功率。

进一步的，步骤S4中，通过录波子单元，对电网的母线频率、光伏电站实发有功功率、光伏电站目标有功功率进行录波，根据录波数据对本次一次调频的动作时间、频率的恢复幅度等效果进行分析评价；进一步判断当前调频的精度。

在本发明所述的一种适用于光伏电站的调频装置及方法中，通过增加频率控制管理单元，增加或减少在运行状态下可调节逆变器的有功功率，实现电网的快速调频，由于逆变器响应时间很短，调节迅速，因此本发明具有很强的实用性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明提出的光伏发电场快频响应控制装置主要设备结构示意图；

图2是本发明提出的光伏发电场快频响应控制流程示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

请参考图1，其为本发明提出的光伏发电场快频响应控制装置主要设备结构示意图，本发明提出的一种适用于光伏电站的调频装置，基于现有的调频装置，增加了一个频率控制管理单元实现了对电网的快速调频，现有的调频装置具体包括了第一、第二模拟量采集单元(即图1中所示的模拟量采集单元1、模拟量采集单元2)，以及与第一模拟量采集单元连接的功率响应控制单元，以及与第二模拟量采集单元连接的频率响应控制单元；其中：

所述第一、第二模拟量采集单元通过二次线缆接入到电网并网点中，来采集电网的实时电压和实时电流，本实施例中，上述两个采集单元还包括采集并网点母线频率信号、有功功率；具体做法为接入并网点母线侧三相电压，以及线路测量组三相电流，而三相电流采用末端分相短接接入；上述两份模拟量采集单元采集到的电网实时电压和实时电流，将进一步传输到功率、频率响应控制单元，由所述功率响应控制单元，根据接收到的实时电压、实时电流，计算出电网的实时有功功率P0；由所述频率响应控制单元，根据接收到的实时电压，计算电网的实时频率f；

本发明在该调频装置中设有频率控制管理单元，所述功率、频率响应控制单元分别连接到所述频率控制管理单元，其中：

所述频率、功率响应控制单元计算出的实时有功功率P0、实时频率f将上传到所述频率控制管理单元；由所述频率控制管理单元根据接收到的数据，对为电网进行供电的光伏电站的目标有功功率调节值P进行计算，具体的计算过程为：

首先，将电网的实时频率f与电网的基准频率50HZ进行做差；然后，在所得的差值α大于或等于预设的阈值β时，本实施例中，所述阈值β设为±0.06，即在当前频率变化量达到±0.06时，则将所述电网的实时有功功率P0带入到公式(1)中，计算得到当前光伏电站的目标有功功率调节值P；所述公式(1)为：

其中，PN为光伏电站的额定功率且为预设值(本实施例中PN由场站的具体的容量决定)，fd为针对调频而设置的门槛值即所述预设的阈值β，fN为电网母线的额定频率且为预设值(本实施例中，设为50HZ)，δ％为调差率且为预设值(本实施例中设为3％)。

根据公式(1)计算所得的目标有功功率调节值P，来控制光伏电站中所有处于运行状态下的逆变器的有功功率值，在所述运行状态下的逆变器有功功率的控制、调整作用下，从而实现对电网的快速调频。

本实施例的应用场景对于容量较大的光伏电站，其中，通过对所述光伏电站划分多个频率控制区域，得以实现对电网的调频管理，而每个频率控制区域则分别由一台频率控制管理单元进行管理，通过所述频率控制管理单元进行逆变器有功功率的分配，以及逆变器控制单元调节；本实施例中，光伏电站中的每台逆变器和频率控制管理单元均集中接入环网交换机，其中，所有逆变器的运行状态将进一步通过环网交换机反馈到频率控制管理单元，所述频率控制管理单元根据接收到的有功功率调节数据，在确定了当前处于运行状态下的逆变器数量之后，根据所述运行状态下的逆变器数量值，对目标有功功率调节值P求平均，其中，得到的平均值即作为每台运行状态下的逆变器有功功率调节值ΔP1，所述有功功率调节值ΔP1将以遥调指令的形式，通过所述环网交换机下发到每台运行转态下的逆变器，逆变器则根据接收到的遥调指令，进一步调节自身的有功功率。

在应用到的实施场景中，在光伏电站内可以根据逆变器所在位置和逆变器数量对其进行网络区域划分，其中，将每个划分到的网络区域作为一个单独的环网区域，因为逆变器都是在户外的，而且相互之间有一定距离，将形成的所有单独的环网区域，集中到一台环网中心交换机上；其中，频率控制管理单元也接入环网中心交换机，这样便可通过频率控制管理单元，进行逆变器有功功率的分配，以及逆变器控制单元调节。

当中，由一个频率调节管理单元(主机)接入到功率、频率响应控制单元，而频率调节管理单元(主机)之下又管理着n个频率调节管理单元(分机)，其中，每个分机接入到逆变器所处的光伏环网，通过不同光伏环网下接入的分机，实现对逆变器的管理。

所述频率调节管理单元(主机)连接到远动机、AGC控制系统，每个频率调节管理单元(分机)汇总连接到一个监控机，通过所述远动机、监控机实现对频率调节管理单元的实时监控，通过所述AGC控制系统实现对频率调节管理单元的能量管理。

作为一个优选的实施例，为了实现对电网调频的精度控制，在所述频率控制管理单元中设置一个录波子单元，通过所述录波子单元，对电网的母线频率、光伏电站的实发有功功率和目标有功功率进行录波，根据录波数据对当前调频的动作时间、频率的恢复幅度进行分析评价，其中，根据所述调频的动作时间进一步验证调频动作是否正确，根据所述频率的恢复幅度调频时间验证当前是否满足规范指标。

作为一个优选的实施例，在所述频率控制管理单元中还设置延时处理子单元，所述延时处理子单元用于当所述差值α大于或等于预设的阈值β时，即判断为电网的实时频率已越过频率变化上限，当前对所述快速调频装置进行延时处理，即在延时x秒后，在进行有功功率调节值P的计算。

请参考图2，其为本发明提出的光伏发电场快频响应控制流程示意图，该方法采用上述适用于光伏电站的调频转置，实现对电网的快速调频，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：通过现场屏柜安装的投入/退出把手，选择快频响应控制器的启动，也可以通过远程遥控快频投入软压板已实现无人值守光伏站的操作。

步骤2：频率响应控制单元，根据收到快速频率响应功能投入信号，启动快频率响应功能投入，同时信息上至频率控制管理单元；

步骤3：模拟量采集单元1、2记录并网点实时电压、实时电流场站，其中，记录的数据将进一步传输到功率、频率响应控制单元；模拟量采集单元可将数据通过模数转化、滤波技术将其转换为更为精准的数字信号后，在将所述数字信号传输到相应控制单元；

步骤4：功率、频率响应控制单元根据接收到的数据，依次计算出电网的实时有功功率、实时频率；其中，频率的精确度为0.001Hz,以满足快速频率响应需求；因直接采集模拟量，数据来源值较稳定可靠；

步骤5：频率控制管理单元根据接收到的电网实时频率数据，将所述实时频率与电网基准频率50Hz进行比对，当频率变化达到0.06Hz门槛值时，判断频率越过频率变化死区；且在越过频率死区时，通过延时处理子单元做延时T1(1s)的操作，即在延时T1(1s)后，计算有功功率调节值；

步骤6:在频率控制管理单元内，根据得到的有功功率调节值P，结合每台逆变器反馈到频率控制管理单元的运行状态数据，确定单台运行状态下的逆变器的有功功率设定值ΔP1，所述有功功率调节值ΔP1将以遥调指令的形式，通过所述环网交换机下发到每台运行转态下的逆变器，逆变器则根据接收到的遥调指令，进一步调节自身的有功功率。

步骤7：通过三相电压/三相电流幅值测量和计算，快速准确判断并识别三相非对称短路故障导致的频率阶跃，自动闭锁控制；

步骤8：通过频率控制管理单元的录波子单元，对电网的母线频率、光伏电站实发有功功率、光伏电站目标有功功率进行录波，根据录波数据对本次一次调频的动作时间、频率的恢复幅度等效果进行分析评价；进一步判断当前调频的精度。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。