光伏電站有功功率的控制技術研究

俞惠江 施建坤

摘 要：光伏電站有功功率控制，主要是針對其穩定性以及輸出的可控性，從而來提高其它電網在光伏電站輸出功率接受上的能力，本文針對電站在有功功率控制中存在的問題進行剖析，總結其原因以及解決問題的對策，從而給光伏電站有功功率的控制以及輸出控制管理水平的提升提供思路。

關鍵詞：光伏電站;有功功率;控制技術

1 有功功率控制過程中的問題

事實上，太陽能本身就存在著不能夠持續、強度無法穩定和無法對情況作出準確判斷的特征，但太陽能是電站的能量供應，如果太陽能不穩定，那么其發電功率也會隨之出現不穩定的情況，發電功率直接與國內的的電網功率掛鉤，因此國內的電網功率也會受到影響。隨著國內光伏電站的逐漸發展擴建，其本身存在的問題也日益尖銳，相關機構對其的重視度也逐漸加深。

就目前而言，電站在始建時，其就會呈區域集中以及規模擴大化的建設狀態，但由于其接入的點不同，這樣的模式就會導致電能和電穩定性出現差異化，因此，這就對電網的均衡能力提出了高要求，太陽能不同于其他能量源，光伏發電對國內電網的電能質量有較大影響，這樣一來，使得國內的電網控制以及調度方面面臨著巨大挑戰。光伏發電的波動可能會導致電網頻率發生改變，從而造成嚴重影響，因此，為了保證電網穩定的功率，就要對光伏電站波動的發電頻率進行調整頻率以及峰值[1]。

光伏電站在大多情況下，其都是依靠各光伏陣列的最大功率進行發電，在其進行發電過程中，單個陣列的控制基本很難實現，導致了整個陣列都會因為環境的變化而變化，因此，大多控制電站總輸出功率，都是依靠啟停逆變器來進行，其發電功率的可控性大大降低，也使得光伏電站很難適應電網的調度值，同時，受到環境的因素的影響，光伏電站的輸出功率也會產生波動，從而導致了電網的功率隨之波動。

2 光伏電站影響原因分析

太陽能本身就會受到溫度、陽光等環境因素以及內部因素的束縛，此類因素本身就具有不可控的性質，從而對光伏電站發電功率產生影響，這樣一來，也可能會對光伏電站給造成電壓閃變的現象。其中，內部因素主要包括了電力調節失衡，以及光伏逆變器需要進行多次開關等。如果光伏發電站的功率數據波動太大時，可能電壓可能會出現突然的變化，此外，電壓出現這樣的變化有可能是電網和光伏電站的負荷不匹配等原因造成。電站的并網與其他的不同，在它進行并網的過程中，一般都會使用到非常多的電力電子相關的設備，需要通過這些設備來進行能量的轉遞，但就普通情況而言，操控這些設備都是由無數的開關來進行，開關的數量過于龐大，就會造成電流和電壓發生不好的變化，引起諧波污染問題。

電站的實際輸出功率能力主要與光伏電站能夠接受到的太陽能多少有關聯，太陽能會由于其自身的不穩定原因造成發電功率的變化，發電功率的變化就會引起電網頻率的波動。通過長期觀察，電網頻率突然發生改變可能是由于光伏電站環境發生改變，其還可能導致整體退出電網或者電站的輸出功率發生波動，給電網頻率造成了嚴重影響。

3 有功功率控制的具體技術手段

3.1 控制對策概況

光伏電站的上層在對功率均衡方面有重要作用，電網會對電站上層直接進行控制，直接由其下達相關的指令后，光伏電站上層控制會根據指令的需求進行功率控制，同時，光伏電站上層控制會再根據電網發出的指令，同時，也要根據電站本身對于輸出功率和變化震蕩的的具體要求，并且上層還有一個作用就是講下一個周期的功率通過科學的計算來設定好，同時也制定好分配計劃，再根據制定好的計劃將功率分給各個光伏逆變器，這個小單位的設備，能夠根據既定計劃，將接收到的功率進行向外輸出，如果沒有其他因素的干擾，該設備輸出的功率就與電站的設定無較大差異。

而如果遇到電網沒有下達指令，電站則會按照能夠進行運作的最大功率進行實際的工作，我們可以將有功功率的控制進行如下總結：（1）先判斷指令的有無，無指令，則根據光伏電站的最大效率進行工作，有明確的指令，則需要根據相應的指令工作;（2）按照接收到的指令，制定對應的實施方案;（3）根據接收到的控制方案，規劃好下個周期的功率;（4）把光伏電站上層設定好的功率按照合理的分配策略分配給光伏逆變器。

從其流程的設定可以得出，主要能從電網的調度和計劃以及功率分配方面對光伏電站有功功率進行有效控制。

電網會對光伏電站有功功率的變化率進行嚴格的控制，其要求了電網規定的輸出功率變化要比光伏電站輸出的有功功率變化大，在電網調度與計劃過程里，目前有4種具體的控制方法，主要有包括了限值、調整、斜率以及差值控制的方法，這幾種方法都可以進行具體的電站設定功率的計算，不同的控制方法在進行功率的設定時所表現出的實際工作方法不同。

功率分配是指在進行光伏電站的有功功率控制過程之中，要將光伏電站上層設定好的功率分配給各下級設備，而且，在分配的過程中要結合下級設備的調節能力，下級設備的調節能力的實現，主要是依靠對功率進行預先測算和自身的工作特點，與此同時，在對功率進行設定時，其還要符合電網整體的調度規則和相關計劃，為了達成這樣的目的，將電站的有功功率進行合理化的分配，就需要在功率控制的過程之中，對下級設備運行數據進行采集，將采集的數據，包括功率預測的數據進行全方位的整合，可以通過這些數據得到下級設備功率的具體可以調節的值，在這個操作過程中，還要注意光照強度，環境溫度以及下級設備的面板溫度以及電功率、電流、電壓等數據收集。

3.2 功率設定運算法則

在電網設定的計劃之下，電站的實際功率運算規則有有限值、調整、斜率控制以及差值四種方法，其具體如下。

（1）限值方法。根據相關規定，電站的功率最大值也不能超過電網的調度的值，緣于此，就要對相關的算法進行算法進行具體化的研究，由于電站在進行功率的值具體設計時，需要對電網的調度值進行考量;將預算的功率值和電站的輸出功率進行相比，假如，電站的功率遠小于已經設定好的功率值，那么為了讓電站的功率能夠接近預算的功率，電站可以通過調高發電效率的方式進行;如果電站的功率比預算的功率大，電站可以將功率進行調低處理;如果兩個功率值相等就不需要進行調節[2]。