光伏電站有功功率優(yōu)化分配研究

謝伊雯

摘 要： 全國環(huán)境在全球經(jīng)濟發(fā)展的同時變得惡劣，能源的不良使用是造成環(huán)境惡劣的主要原因，所以合理利用能源、鼓勵人們使用太陽能等清潔能源具有非常重要的作用，人們也開始建設(shè)太陽能電站項目。本文有提出優(yōu)化設(shè)計光伏電站的一種方法，建立在模擬退火算法的基礎(chǔ)之上，利用光伏區(qū)域中的組件來實現(xiàn)最優(yōu)化分組，最后實現(xiàn)最優(yōu)的兩級電纜成本，并且核算檢驗計算實際項目的方法，有效提高設(shè)計的實際效果。

關(guān)鍵詞：光伏電站;有功功率控制;MAS

1 以MAS為基礎(chǔ)的光伏電站有功功率控制系統(tǒng)架構(gòu)

1.1 光伏電站物理模型

光伏電站通過封裝太陽能電池板來構(gòu)成光伏陣列，并搭配以直流匯流箱、配電柜、逆電器等設(shè)備。不同的電站其系統(tǒng)電壓會存在差異，光伏電站內(nèi)的電壓等級包括35kV與110kV。如果電站接入系統(tǒng)電壓為110kV，則會產(chǎn)生的光伏發(fā)電單元為1MW，并且經(jīng)由兩臺500kw逆電器與變壓器產(chǎn)生35kV的電壓，并與電壓升壓站相互連接。在光伏電站中，通常會安裝SVG，以滿足技術(shù)規(guī)范的要求。

光伏電站要想實現(xiàn)大規(guī)模儲能系統(tǒng)的配備，除了儲能技術(shù)的自身發(fā)展之外，還需要配備柴油發(fā)電機等發(fā)電裝置，以起到應(yīng)有的供電作用。因而本文所闡述的有功功率控制系統(tǒng)電站原型，配備此種有功功率控制系統(tǒng)的光伏電站所具備的發(fā)電單元類型具體有：光伏發(fā)電單元、電池儲能系統(tǒng)、柴油發(fā)電機組與無功調(diào)節(jié)裝置。

1.2 以混合式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的MAS控制系統(tǒng)

MAS結(jié)構(gòu)包括分布式結(jié)構(gòu)、集中式結(jié)構(gòu)與混合式結(jié)構(gòu)，其中，混合式結(jié)構(gòu)融合了分布式結(jié)構(gòu)與集中式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，相對而言弱化了Agent的地位，并且一定程度上實現(xiàn)了對Agent的管理與協(xié)調(diào)，便于實現(xiàn)任務(wù)的良好控制，因此選用混合式結(jié)構(gòu)構(gòu)建MAS控制系統(tǒng)。光伏發(fā)電站現(xiàn)有設(shè)備普遍存在功能單一與組織完整性，基于發(fā)電設(shè)備設(shè)計實體代理，包括光伏發(fā)電、儲能系統(tǒng)、柴油機與變壓器代理。本文僅考慮有功功率，因此并不設(shè)置SVG代理。

2 以混合式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的MAS兩級功率控制

2.1 不同類型的Agent主導(dǎo)兩級功率控制

光伏電站的有功功率協(xié)調(diào)工作中，其控制的時間周期為15分鐘，在這期間調(diào)度端會發(fā)送功率控制命令給電站端，在受到指令之后，電站端會進行控制周期的調(diào)整。控制周期內(nèi)會受到天氣變化的影響，因而出于確保有功功率控制效果的考量，設(shè)計了兩級功率控制機制。

第一級功率控制由邏輯Agent作為主導(dǎo)，主要就光伏發(fā)電站的參考功率控制區(qū)間進行制定與控制，并且實現(xiàn)不同發(fā)電單元內(nèi)的參考功率有差控制。同時，也需要實現(xiàn)調(diào)度端與發(fā)電站之間的有效聯(lián)系，發(fā)電站根據(jù)命令來控制有功功率;第二級功率控制由變壓器Agent進行主導(dǎo)，以便于實現(xiàn)點功率檢測以及變壓器Agent與其他Agent之間的聯(lián)通與交互，對于功率的控制是無差別的。在過程中，第一級功率控制由調(diào)度端實現(xiàn)對命令觸發(fā)的管理，在每一個運行周期內(nèi)進行一次調(diào)度。完成第一級控制之后，開始進行第二級控制，而第二級控制在全部調(diào)度端進行，并且受到地理環(huán)境、MAS運行效率、MAS運行速度等因素的影響[1]。

2.2 光伏電站功率控制系統(tǒng)狀態(tài)

邏輯Agent與變壓器Agent之間存在工作狀態(tài)上的差異，基于這一因素，可以將光伏電站的功率控制調(diào)整為三種類型，即兩級功率控制狀態(tài)、變壓器Agent主導(dǎo)下的本地二級功率控制、發(fā)電代理的自主控制狀態(tài)不同，控制系統(tǒng)的狀態(tài)、目標與交流情況均有不同。在MAS的基礎(chǔ)上的功率控制系統(tǒng)，對Agent部分故障或全部故障時，會出現(xiàn)控制功能部分失效的情況，因此以MAS為基礎(chǔ)的光伏電站有功功率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具備穩(wěn)定性與牢固性。

2.3 以令牌環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)的邏輯Agent分配策略

混合式結(jié)構(gòu)下的MAS系統(tǒng)可以有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，但依舊會由于主控節(jié)點出現(xiàn)故障而產(chǎn)生功能失效的可能性，因此需要在充分考量MAS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對主控節(jié)點控制權(quán)進行靈活分配，以減少故障發(fā)生的可能性，進一步提高系統(tǒng)運行的效率。MAS系統(tǒng)下的主控節(jié)點中包含兩種分配方法，其一為MAS系統(tǒng)實體代理固定主控節(jié)點，這種方法被稱作固定策略。在這一策略中，可以減少主控節(jié)點轉(zhuǎn)換帶來的問題，同時減少由此產(chǎn)生的時間成本，但同時，主控節(jié)點固定也會帶來節(jié)點單一性問題及可靠性問題。其二為MAS系統(tǒng)實體代理輪換主控節(jié)點，這種方法可以降低由于故障問題而導(dǎo)致功能失效的問題，進一步保障系統(tǒng)運行的有效性，但同時也會導(dǎo)致系統(tǒng)運行的低效率。因此可以通過對主控節(jié)點輪換時間的有效控制來有效減少這種影響。

令牌環(huán)網(wǎng)是一種局域網(wǎng)，其結(jié)構(gòu)形態(tài)為環(huán)形網(wǎng)絡(luò)下的拓撲結(jié)構(gòu)，并可以通過星型結(jié)構(gòu)來進行物理連接。這種環(huán)網(wǎng)可以避免信道碰撞的問題，并且確保信道訪問權(quán)的均等性。在令牌環(huán)網(wǎng)為基礎(chǔ)的邏輯Agent分配策略中，可以建構(gòu)平均分配機制，按照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的一定順序進行依次分配，這種方法的應(yīng)用下，不同Agent承擔邏輯Agent功能的時間相等，并且在一定的控制時間之內(nèi)，會產(chǎn)生數(shù)量固定的令牌傳遞次數(shù)[2]。

3光伏電站有功功率的控制策略

在光伏電站接入電網(wǎng)之后，電網(wǎng)要保證正常運行，光伏電站就要根據(jù)電網(wǎng)不同的調(diào)度指令選擇不同的控制策略，而當前，相關(guān)研究人員通過總結(jié)和分析發(fā)現(xiàn)，對光伏電站有功功率控制效果最為顯著且最常用的控制策略主要有三種，一種是限值模式控制策略，一種是調(diào)整模式控制策略以及斜率控制模式策略。

3.1限制模式控制策略

在利用限制模式控制策略對光伏電站的有功功率進行控制的過程中，整個光伏電站的有功功率控制系統(tǒng)就應(yīng)該在光伏電站輸出功率的預(yù)設(shè)值或者是電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的限制值之內(nèi)，也就意味著在電網(wǎng)運行的過程中，電網(wǎng)的調(diào)度系統(tǒng)會根據(jù)電網(wǎng)運行的需求對功率進行限制，而光伏電站的輸出功率，也要滿足電網(wǎng)正常運行的需求，將輸出功率控制在電網(wǎng)功率的限制范圍內(nèi)。通常情況下，該限制值的制定，是電網(wǎng)運行管理機構(gòu)在通過對該地區(qū)內(nèi)的所有的發(fā)電廠的發(fā)電能力進行調(diào)查統(tǒng)計之后，根據(jù)各發(fā)電廠的具體發(fā)電水平制定相應(yīng)的限制值，然后通過對各發(fā)電廠的輸出功率進行制定，保證各發(fā)電廠的輸出功率能夠得到有效控制，不會存在波動，不會對電網(wǎng)的正常運行造成影響。

而在以往利用該種控制方式對光伏電站的有功功率進行控制的過程中發(fā)現(xiàn)，如果光伏電站的最大發(fā)電輸出功率小于電網(wǎng)運行需要設(shè)定的限制值，光伏電站則需要按照電站本身的最大輸出功率進行輸出;而如果光伏電站的最大發(fā)電輸出功率大于電網(wǎng)運行需要設(shè)定的限制值，光伏電站則需要按照電網(wǎng)運行設(shè)定的輸出功率的限制值進行輸出，只有采用這種方式，才能夠保證電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，不會受到光伏電站功率不穩(wěn)定的影響[2]。

3.2調(diào)整模式控制策略

調(diào)整模式控制策略指的是當電網(wǎng)系統(tǒng)在正常運行的過程中，由于電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)頻率異常，需要對光伏電站的有功功率進行調(diào)整控制，降低其發(fā)電輸出功率以促使電網(wǎng)的頻率能夠盡快恢復(fù)正常，進而降低其對用戶的影響。通常情況下，在對光伏電站有功功率進行控制的過程中，極少會用到調(diào)整模式控制策略。另外，在利用該控制策略對光伏電站的有功功率進行控制的過程中，其輸出功率控制應(yīng)與限制模式相同，如果光伏電站的最大發(fā)電輸出功率小于限制值，則需要按照電站本身的最大輸出功率進行輸出;而如果光伏電站的最大發(fā)電輸出功率大于限制值，光伏電站則需要按照電網(wǎng)運行設(shè)定的輸出功率的限制值進行輸出。

4結(jié)語

綜合以上論述，可以得知，MAS為基礎(chǔ)的光伏電站控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性較好，而在MAS基礎(chǔ)上進行的有功功率控制系統(tǒng)設(shè)計，可以采用以令牌環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式來進一步提高有功功率控制機制的有效性，且減少由此產(chǎn)生的時間成本投入，實現(xiàn)系統(tǒng)運行與發(fā)電機組運行過程中的平衡性要求。

參考文獻：

[1]畢銳.光伏電站有功功率控制相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2016.

[2]楊立濱，李春來，張海寧.光伏電站有功功率控制模式[J].電氣應(yīng)用，2015，34（S1）：518-520.