一种光伏发电站虚拟同步控制方法及其控制系统与流程

本发明涉及光伏发电站虚拟同步控制技术，具体涉及一种光伏发电站虚拟同步控制方法及其控制系统。

背景技术：

截至2015年底，全国光伏发电总装机容量达4318万千瓦，在西北多个省区，新能源发电渗透率已经超过30％，成为主力电源之一。由于传统光伏发电站不具备一次调频能力，惯性水平较低，随着大规模光伏接入电网比例的增加，将会导致电力系统惯性水平下降，影响系统安全稳定运行。为了保障电网在充分消纳新能源发电的情况下安全稳定运行，光伏发电站应能模拟传统同步发电机的运行特性。

目前国家电网公司在张北风光储基地开展总容量140MW的虚拟同步机示范工程(一期)建设，国家电网公司企业标准《单元式光伏虚拟同步发电机技术要求和试验方法》也完成编写即将报批。但无论是示范工程还是企业标准针对的对象均为单台光伏逆变器改造的虚拟同步发电机，没有针对电站整体模拟传统同步发电机特性的控制技术。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种光伏发电站虚拟同步控制方法及其控制系统，本发明提供光伏发电站模拟传统发电站的惯量、阻尼等特性并参与电网一次调频的控制技术。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明还提供一种光伏发电站虚拟同步控制方法，其改进之处在于，所述控制方法包括下述步骤：

(1)光伏发电站数据采集；

(2)确定一次调频和惯性环节备用容量；

(3)备用容量分配；

(4)备用容量的释放。

进一步地，所述步骤(1)中，采集光伏发电站配备的每个光伏逆变器当前最大功率点跟踪MPPT输出的最大功率，计算当前辐照度下光伏发电站当前最大输出功率；当前辐照度下光伏发电站当前最大输出功率＝所有光伏逆变器MPPT输出最大功率之和。

进一步地，所述步骤(2)中，根据光伏发电站当前最大输出功率，计算用于留有的备用容量保持热备用状态的光伏逆变器数量；一次调频和惯性环节备用容量用下述表达式表示：

备用容量＝光伏发电站最大输出功率×K(K是备用容量系数，取10％)；

热备用状态的光伏逆变器数量的计算方式如下：

若光伏电站安装的光伏逆变器容量相同，则：

热备用状态的光伏逆变器数量＝备用容量/每个光伏逆变器当前最大输出功率(结果四舍五入取整数)；

若光伏电站安装的逆变器容量不全相同，则：

热备用状态的光伏逆变器数量和类型根据光伏电站逆变器的配置情况分配，并满足下述公式：备用容量＝A₁型逆变器当前最大输出功率×A₁型逆变器热备用数量(n₁)+A₂型逆变器当前最大输出功率×A₂型逆变器热备用数量(n₂)+A₃型逆变器当前最大输出功率×A₃型逆变器热备用数量(n₃)……。

进一步地，所述步骤(3)中，控制用于留有备用容量的光伏逆变器处于热备用状态；通过光伏电站的光伏电站虚拟同步控制系统控制保持热备用状态的光伏逆变器由运行状态切换为停机状态。

进一步地，处于热备用状态光伏逆变器的运行方式如下：

1)当电网频率下降时，光伏电站虚拟同步控制系统计算一次调频备用容量并分配给热备用状态的光伏逆变器，部分热备用状态的光伏逆变器由停机状态切换为运行状态后，光伏电站满足一次调频需求；

2)当电网频率波动时，光伏电站虚拟同步控制系统计算惯性环节备用容量曲线并分配给热备用状态的光伏逆变器，热备用状态的光伏逆变器按照光伏电站虚拟同步控制系统的要求不停切换运行状态即停机-运行和运行-停机，光伏电站满足惯性环节模拟的要求。

进一步地，所述步骤(4)中，根据电网运行时频率的变化或变化率，控制处于热备用状态的光伏逆变器，释放有功功率，满足一次调频的需求或惯性环节的模拟。

本发明还提供一种光伏发电站虚拟同步控制系统，所述控制系统包括光伏电站以及与其连接的光伏电站AGC，所述光伏电站中的发电单元均与电网连接，其改进之处在于，所述控制系统通过光伏发电站厂站级功率控制系统，对光伏发电站的配备的光伏逆变器的有功功率和无功功率能力进行检测，所述控制系统还包括：

采集模块：用于采集光伏发电站数据；

一次调频模块：用于确定一次调频、惯性环节备用容量；

备用容量分配模块：用于分配备用容量；

备用容量释放模块：用于释放备用容量。

进一步地，所述采集模块，还用于：采集光伏发电站配备的每个光伏逆变器当前最大功率点跟踪MPPT输出的最大功率，计算当前辐照度下光伏发电站当前最大输出功率；当前辐照度下光伏发电站当前最大输出功率＝所有光伏逆变器MPPT输出最大功率之和。

进一步地，所述一次调频模块，还用于：根据光伏发电站当前最大输出功率，计算用于留有的备用容量保持热备用状态的光伏逆变器数量。

进一步地，所述备用容量分配模块，还用于：控制用于留有备用容量的光伏逆变器处于热备用状态；通过光伏电站的光伏电站虚拟同步控制系统控制保持热备用状态的光伏逆变器由运行状态切换为停机状态；

所述备用容量释放模块，还用于：根据电网运行时频率的变化或变化率，控制处于热备用状态的光伏逆变器，释放有功功率，满足一次调频的需求或惯性环节的模拟。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

应用本发明提供的控制方法及其控制系统的光伏发电站具备了传统火力发电厂、水力发电厂配备的同步发电机的惯量、阻尼、一次调频、无功控制等相关特性，接入电网后电网更加安全稳定。与此同时，应用此控制技术的光伏发电站使用单台光伏逆变器改造的虚拟同步发电机的光伏发电站相比，具有如下优点：

(1)光伏发电站无需配备额外的储能装置，节省成本。

(2)光伏发电站一次调频保持时间不受到储能设备的容量限制。

当光伏发电站配备逆变器数量够多时，仅仅依靠启停热备用状态的光伏逆变器，无需控制有功功率输出值，即可满足要求，响应时间更快，精度高。

附图说明

图1是本发明提供的光伏发电站虚拟同步控制技术示意图；

图2是本发明提供的一次调频曲线图；

图3是本发明提供的光伏发电站虚拟同步控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的组件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本发明的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“发明”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的发明，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个发明或发明构思。

实施例一

为了满足模拟传统同步发电机的运行特性的需要，本发明提供一种光伏发电站虚拟同步控制系统，该控制系统通过光伏发电站厂站级功率控制系统，对光伏发电站的配备的光伏逆变器的有功功率和无功功率能力进行检测，包括：

采集模块：用于采集光伏发电站数据；

一次调频模块：用于确定一次调频、惯性环节备用容量；

备用容量分配模块：用于分配备用容量；

备用容量释放模块：用于释放备用容量。

具体功能如下：

采集模块：还用于采集光伏发电站配备的每个光伏逆变器当前最大功率点跟踪MPPT输出的最大功率，计算当前辐照度下光伏发电站当前最大输出功率；当前辐照度下光伏发电站当前最大输出功率＝所有光伏逆变器MPPT输出最大功率之和。

一次调频模块：还用于根据光伏发电站当前最大输出功率，计算用于留有的备用容量保持热备用状态的光伏逆变器数量。

备用容量分配模块：还用于控制用于留有备用容量的光伏逆变器处于热备用状态。

备用容量释放模块：还用于：控制用于留有备用容量的光伏逆变器处于热备用状态；通过光伏电站的光伏电站虚拟同步控制系统控制保持热备用状态的光伏逆变器由运行状态切换为停机状态；

所述备用容量释放模块，还用于：根据电网运行时频率的变化或变化率，控制处于热备用状态的光伏逆变器，释放有功功率，满足一次调频的需求或惯性环节的模拟。

本发明还提供一种光伏发电站虚拟同步控制方法，其流程图如图3所示，包括下述步骤：

(1)光伏发电站数据采集：

采集光伏发电站配备的每个光伏逆变器当前最大功率点跟踪MPPT输出的最大功率，计算当前辐照度下光伏发电站当前最大输出功率；当前辐照度下光伏发电站当前最大输出功率＝所有光伏逆变器MPPT输出最大功率之和。

(2)一次调频、惯性环节备用容量：

根据光伏发电站当前最大输出功率，计算用于留有的备用容量保持热备用状态的光伏逆变器数量；一次调频和惯性环节备用容量用下述表达式表示：

备用容量＝光伏发电站最大输出功率×K(K是备用容量系数，取10％)；

热备用状态的光伏逆变器数量的计算方式如下：

若光伏电站安装的光伏逆变器容量相同，则：

热备用状态的光伏逆变器数量＝备用容量/每个光伏逆变器当前最大输出功率(结果四舍五入取整数)；

若光伏电站安装的逆变器容量不全相同，则：

热备用状态的光伏逆变器数量和类型根据光伏电站逆变器的配置情况分配，并满足下述公式：备用容量＝A₁型逆变器当前最大输出功率×A₁型逆变器热备用数量(n₁)+A₂型逆变器当前最大输出功率×A₂型逆变器热备用数量(n₂)+A₃型逆变器当前最大输出功率×A₃型逆变器热备用数量(n₃)……。

(3)备用容量分配：

控制用于留有备用容量的光伏逆变器处于热备用状态；通过光伏电站的光伏电站虚拟同步控制系统控制保持热备用状态的光伏逆变器由运行状态切换为停机状态。

处于热备用状态光伏逆变器的运行方式如下：

1)当电网频率下降时，光伏电站虚拟同步控制系统计算一次调频备用容量并分配给热备用状态的光伏逆变器，部分热备用状态的光伏逆变器由停机状态切换为运行状态后，光伏电站满足一次调频需求；

2)当电网频率波动时，光伏电站虚拟同步控制系统计算惯性环节备用容量曲线并分配给热备用状态的光伏逆变器，热备用状态的光伏逆变器按照光伏电站虚拟同步控制系统的要求不停切换运行状态即停机-运行和运行-停机，光伏电站满足惯性环节模拟的要求。

(4)备用容量的释放：

根据电网运行时频率的变化或变化率，控制处于热备用状态的光伏逆变器，释放有功功率，满足一次调频的需求或惯性常数模拟的模拟。

实施例二

100MW的光伏发电站，光伏发电站由100个光伏发电单元组成，每个光伏发电单元配备的光伏逆变器为1MW。当光伏发电站采用虚拟同步控制技术时，按照图2一次调频和国家电网公司企业标准《单元式光伏虚拟同步发电机技术要求和试验方法》的要求，光伏发电站应留有10％的预备有功功率作为一次调频和虚拟惯量使用。

由于光伏电站输出功率受到太阳辐照度的影响，光伏发电站输出功率具有波动性。光伏发电站所配光伏逆变器所处工作状态如表1所示：

表1光伏逆变器工作作态

当光伏发电站运行50MW输出功率时，此时电网输出频率发生变化要求光伏发电站参与一次调频时，按照图1一次调频曲线要求，光伏发电站所配光伏逆变器所处工作状态如表2所示：

表2光伏逆变器工作作态和限制功率

同理，当惯量特性也可以通过上述策略来实现。

本发明提供的虚拟同步控制方法不需要外部增加任何的储能设备，靠光伏发电站留备用容量的方法，实现光伏发电站整体虚拟同步性能的模拟，满足一次调频、惯量特性等要求。

本发明提供的虚拟同步控制方法在光伏发电站输出不同功率的情况下，自动计算需要热备用状态的光伏逆变器数量，从而实现了动态备用容量的留存。

本发明提供的虚拟同步控制方法在光伏发电站输出不同功率的情况下，自动控制热备用状态的光伏逆变器输出有功功率，从而实现了一次调频和惯量特性的动态调节功能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。