光伏发电有功自动控制方式及策略

大规模光伏发电集中并网后，光伏的波动性和“正调峰”特性对电网运行产生了严重的影响，光伏不同于常规能源的调频、调压、备用特性[1]。光伏的波动性、间歇性和“正调峰”特性所带来的有功波动和不平衡量的调节，需要由系统中的常规能源机组承担。大规模光伏功率波动，需要大容量的系统有功备用来平抑，这既不利于电网运行的经济性，同时又产生了光伏发电集中接入后所带来的潮流大范围输送、谐波、电压波动和闪变问题，也严重影响了电网运行的安全和稳定[2]。从光伏发电并网后电网有功调度和控制角度来看，对光伏组件逆变器控制进行有功调节有较强的操作性。根据系统调频的要求进行适当地有功备用分配，光伏发电参与系统的调频会降低波动对系统频率的影响，减少系统中常规能源机组对光伏发电出力波动执行有功补偿量[3]，降低系统运行成本，从而更好地控制光伏发电并网成本，减小电网平衡压力，在保证电网安全运行的前提下最大化消纳光伏发电。

1控制模式及策略分析

1.1控制模式

根据光伏发电的特征，光伏发电有功控制只能采用2层控制模式，即调度端将控制指令下发至光伏发电站端控制系统，光伏发电站端控制系统通过启停逆变器和调节逆变器出力的方式响应跟踪控制指令，控制模式如图1所示。

1.2控制策略

以最大化消纳光伏发电为原则，常规能源调节容量不足时，调用光伏发电资源参与电网有功调节，为适应光伏发电发展不同阶段的调节需求，考虑了多种有功控制策略[4]，如图2所示。

1.2.1最大功率

控制曲线中相关时刻点的功率值为该光伏发电站的额定容量，确保光伏发电站出力保持最大出力跟踪，不采取限出力措施。

1.2.2限制功率

调度端可在指定限制控制的同时，指定限制功率数值。控制曲线中相关时刻点的功率值为人工设置的限值。光伏发电站出力控制在设定限值以下。限值功率从切换时刻起，对以后的计划值点修改为指定限值。当出现策略切换或计划值无效时，切换到给定模式或取消控制，并改写对应的下点计划值，触发式下发更新后计划值。限制功率控制过程如图3所示。

1.2.3按时段限制

调度端下发指定时段修改后的计划曲线，光伏发电站跟踪执行。相当于设置计划模式的同时，将指定时段的计划曲线修改为指定数值。同时也是对限制功率控制模式的扩展，将指定时段起点时间和终止时间的计划值修改为指定值，时段结束后自动以一定斜率跟踪到原始计划，按时段限制控制过程如图4所示。

1.2.4按日前计划增减

调度端可在日前计划基础上指定日前计划调整偏移量。相当于在原计划曲线的基础上，增量调整指定时段的计划数值。可视作限制控制模式的延伸，光伏发电出力始终保持与最大可调出力固定偏差（限额）。按日前计划增减模式的优点是在实时发电计划制定中，对光伏留有部分有功备用，使光伏资源具有上调和下调出力的能力。按日前计划增减控制过程如图5所示。

1.2.5计划跟踪

调度端下发计划曲线，光伏发电站跟踪执行。控制曲线中相关时刻点的功率值为光伏发电计划值，同时支持人工调整计划，调整后的计划曲线将按周期下发。在发电计划曲线满足实际运行需求的情况下，这种调节方式在实际运行中最为常用，也是最符合电网调度需求的一种控制策略。调度端根据发电计划曲线选定控制策略，无需再进行任何操作，控制方式方便、实用。

2电网区域控制偏差的实时调度协调

大规模光伏发电并网后，为平滑光伏发电功率的波动，需要对发电计划进行实时调整。常规机组在执行发电计划时，由于机组爬坡率限制，实时调度中不足以跟踪因光伏发电功率波动、大功率支援造成的联络线偏差，系统频率问题仍需要系统中的常规机组执行自动发电控制（AutomaticGenerationControl，AGC）[2]。电网实际运行工况不同于计划情况，在电网频率恢复过程中，存在实时调度与AGC指令调节方向相反的可能性，在光伏发电计划与实际发电偏差较大情况下，这种可能性出现概率和次数会明显增加，影响电网调频效果，同时增加了电网调频难度。AGC承担了较大的调节压力，为保证AGC机组足够的可调容量，在有功不平衡量调整结束后，实时调度逐步调整出力以恢复AGC机组最优调节容量。因此实时调度与AGC之间的协调，主要包括两个方面：一是电网出现大幅度有功扰动、频率恢复过程中，发生实时调度和AGC指令“反调”的协调控制；另一个方面是AGC调节过程结束后，实时调度与AGC互济协调，使AGC可调容量恢复[3]。基于上述分析，实时调度发电计划与AGC之间“反调”原因主要来自于发电计划与实际出力的偏差及AGC调节能力的不足，要解决实际有功调度控制中反向调节带来的资源浪费，减少光伏发电功率波动对电网的影响，一方面需要提高光伏发电计划的制定水平；另一方面需要光伏发电参与电网AGC调节，与常规能源机组协调平抑电网功率波动带来的影响。

3控制性能评估

光伏发电站有功控制实现方式不同于常规能源机组，同时光伏发电站有功控制主要采取限出力措施，受制于一次能源来源的间歇性和波动性，不具备上调节能力，因此针对光伏发电的控制性能，统计与考核方法与常规能源差别较大。调度端下发的计划曲线是光伏发电出力上限值，光伏发电站应通过自身控制系统将全站出力控制在限值以下，以确保对电网运行的影响最小。为使统计信息能够较好地反映光伏发电控制情况，在传统火电机组有功控制指标统计方法的基础上[3]，统计光伏发电控制精度和调节速率信息时，增加了控制带宽统计，通过统计光伏发电控制精度、时段合格及调节速率指标，评估光伏发电控制效率。