19.8 MW分布式光伏電站AGC/AVC系統的應用研究

［摘 要］AGC/AVC 系統在光伏電站中的應用，可有效提升電站的運行性能，讓電站在不同運行條件下都能穩定輸出電力，有效優化電網的電壓水平。文章闡述了分布式光伏電站的基本構成和工作原理，確定了AGC/AVC 系統的基本功能，分析了AGC/AVC 系統在光伏電站中的具體應用。研究結果表明，合理配置AGC/AVC 系統，19.8 MW 分布式光伏電站在復雜多變的電網環境下保持高效穩定的運行，顯著提高電站的運行效率和經濟效益，為未來分布式光伏電站優化設計和運行管理提供實踐指導。

［關鍵詞］分布式光伏電站；AGC/AVC 控制；自動發電控制；自動電壓控制；電網穩定性

［中圖分類號］TM615 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）09–0029–03

隨著全球對可再生能源需求的不斷增長，光伏發電作為一種清潔、可持續的能源形式，受到各行業的廣泛關注。在各種光伏發電技術中，分布式光伏電站憑借自身靈活性高、環境適應性強等特點，成為研究熱點。特別是19.8 MW 級別的分布式光伏電站，在滿足區域能源需求、促進能源結構優化方面具有顯著優勢。在分布式光伏電站的運行管理中，AGC（自動發電控制）和AVC（自動電壓控制）系統起著至關重要的作用，AGC 系統主要負責根據電網的需求實時調整發電功率，控制電站輸出功率與電網調度指令相匹配，從而維持電網的穩定運行。而AVC 系統則通過控制電站的電壓水平，保證電網電壓在安全、合理的范圍內，提高電能質量，加強電網的可靠性。文章旨在探討19.8 MW 分布式光伏電站中AGC 和AVC 系統的應用，期望為19.8 MW分布式光伏電站AGC 和AVC 系統提供科學的應用策略，推動分布式光伏發電技術的進一步發展。

1 分布式光伏電站的基本構成

分布式光伏電站主要包括光伏組件、逆變器、支架系統、電纜、接線盒、監控系統。光伏組件由多個光伏電池串聯組成，能將太陽能直接轉換為電能。目前，市場上常見的光伏電池主要有單晶硅、多晶硅及薄膜電池等類型。逆變器的選擇直接影響到光伏電站的發電效率，其作用是將光伏組件產生的直流電轉換為交流電，從而滿足電網或用戶的需求。支架系統要考慮當地的氣候條件和地形特點，使其能夠以最佳角度接收太陽光，提高光伏組件的穩定性。電纜用于連接光伏組件、逆變器及電網。接線盒用于保護電纜接頭，控制電能的安全傳輸。監控系統用于實時監測光伏電站的運行狀態，如發電量、設備狀態等，有利于及時發現系統運行中存在的問題，保證電站的高效運行。分布式光伏電站運行原理相對簡單，當太陽光照射到光伏組件上時，光伏電池吸收光能，并將其轉換為直流電，這些直流電通過電纜傳輸到逆變器，經過逆變器轉換為交流電后，直接供給家庭或商業用電，或并入電網供其他用戶使用。但值得注意的是，在實際運行中，分布式光伏電站需綜合考慮電網的兼容性、電能質量、安全防護等因素，如電站應配備相應的保護裝置，防止電網故障時對電站設備造成損害。分布式光伏電站的基本構成如圖1 所示。

2 19.8 MW分布式光伏電站AGC/AVC控制的主要功能

2.1 光伏發電站AGC/AVC子站

光伏發電站AGC/AVC 子站是安裝在發電站現場的關鍵控制設備，主要職責是接收并執行來自調度中心AGC/AVC 主站的有功功率和電壓控制指令，有效優化電網的穩定性。AGC/AVC 子站不僅負責執行這些指令，還要向主站反饋執行結果及電站的實時運行狀態，保證信息的準確性。

2.2 預制控制艙的控制對象

預制控制艙是光伏發電站中的重要組成部分，主要用于控制和監測關鍵設備，如逆變器和SVG（靜態無功發生器）裝置。逆變器是將直流電轉換為交流電的關鍵設備，而SVG 裝置則用于調節電網的無功功率，科學維持電壓穩定。預制控制艙通過實時監控這些設備的運行狀態，控制其按照AGC/AVC 指令正確運行，也能及時響應任何異常情況，提高電站運行的安全性。

2.3 逆變器監控系統

逆變器監控系統是光伏發電站中用于監控和管理所有逆變器的關鍵系統，該系統能實時監測逆變器的運行狀態，如輸出功率、電壓及電流等參數，并負責將這些數據轉發到AGC/AVC 子站。通過這種數據傳輸，AGC/AVC 子站可獲取電站的詳細運行信息，精確執行來自主站的控制指令。此外，逆變器監控系統還有助于及時發現并解決逆變器的問題，提高電站的整體運行效率。

3 硬件配置

3.1 子站硬件配置

在19.8 MW分布式光伏電站的AGC/AVC系統中，子站硬件配置包括計算控制設備、歷史存儲設備、串口接入設備、網絡交換機等，是系統高效穩定運行的關鍵點。計算控制設備采用成熟可靠的服務器或工業嵌入計算機，負責處理和執行控制指令，加強光伏電站的運行效率。歷史存儲設備用于存儲系統運行中的歷史數據，便于后續的數據分析和故障診斷。串口接入設備用于連接各種傳感器和執行器，實現數據的采集和控制指令的下發。網絡交換機配置千兆網絡交換機，用于連接子站內的各種設備，完成與其他站內系統、調度主站的數據通信。人機工作站提供操作界面，有助于實時監控系統狀態，進行必要的操作和調整。除人機工作站外，其他設備均集中組屏，以便于管理和維護（圖2）。

3.2 計算控制設備的雙機冗余配置

為了確保AGC/AVC 系統的穩定性，計算控制設備采用雙機冗余配置，這種配置的核心在于系統中設有兩臺服務器或工業嵌入式計算機，一臺作為主機，另一臺作為備機，兩臺機器通過高速網絡實時同步數據和狀態，確保在任何時候都能無縫切換。在雙機冗余工作中，主機和備機之間利用專用網絡進行實時數據同步，讓兩臺機器的數據和狀態始終保持一致。當主機檢測到自身硬件故障、軟件異常導致系統不穩定的情況時，系統自動觸發切換機制，將控制權無縫轉移到備機上。系統內置的故障檢測與診斷模塊能夠實時監控主機和備機的運行狀態，及時發現潛在的故障點，整個切換過程對用戶來說完全透明，不會影響到正在進行的控制指令和系統操作。通過采用雙機冗余配置，19.8 MW 分布式光伏電站的AGC/AVC 系統可有效應對各種潛在的硬軟件故障，提高控制指令的連續性，從而為電站高效運行提供堅實的技術保障。

3.3 網絡交換機的配置

在子站配置中，采用千兆網絡交換機，可有效優化設備間的連接，極大提升數據通信的效率。千兆網絡交換機以其高速的數據傳輸能力，成為連接子站內各種設備的核心組件，這些設備包括光伏逆變器、電池存儲系統、監控設備及各種傳感器。通過千兆網絡交換機，這些設備可實現快速的數據交換，對于實時監控電站運行狀態、及時調整發電策略至關重要。除了子站內部的數據交換外，千兆網絡交換機還負責完成與其他站內系統、調度主站數據通信，這種跨系統的數據傳輸要求極高的實時性和準確性，讓整個電站的運行數據能被及時收集，并用于決策支持。千兆網絡交換機的高速傳輸特性，使得這些關鍵數據能夠在毫秒級別內完成傳輸，提升整個AGC/AVC 系統的響應速度和控制精度。但值得注意的是，在配置千兆網絡交換機時，為了確保網絡的高可用性，應采用雙機熱備或環網冗余設計，防止單點故障導致的數據傳輸中斷。根據數據的重要性和緊急性，合理配置QoS（服務質量）參數，確保關鍵數據的優先傳輸。此外，加強網絡的安全防護措施，如設置防火墻、定期更新安全補丁等，以防止未授權訪問和數據泄漏[4]。

4 軟件配置

4.1 全站監視

在19.8 MW 分布式光伏電站AGC/AVC 系統中，全站監視功能提供直觀的圖形化方法，旨在實時監控光伏發電站內的所有關鍵電氣設備，包括各光伏區的逆變器、箱式變壓器（箱變）、集電線。通過上述功能，運維人員可迅速獲取到這些設備的運行狀態，提高電站的整體運行效率。

4.2 運行監視

運行監視功能專注于子站系統的實時數據監控，如母線電壓、有功功率、無功功率、開關狀態、設備運行狀態的詳細信息。該功能負責監視子站與其他系統、調度主站之間的通信狀態，加強數據傳輸的穩定性。通過這些實時數據監控，可及時發現并解決可能影響電站運行的各種問題。

4.3 設置功能

軟件界面設計友好的用戶交互體驗，支持運維人員輸入關鍵參數，如送出線路的總有功目標值和送出線路的總有功計劃曲線，使得運維人員能夠根據實際需求調整電站的運行策略，優化能源輸出，提高光伏電站的經濟性和環保性。

4.4 數據存儲

在19.8 MW 分布式光伏電站中，AGC/AVC 系統通常由高性能的工業級計算機和專用軟件組成，這些軟件負責實時監控電站的運行狀態，包括發電量、電壓、電流等關鍵參數。為了實現高效的數據管理和分析，軟件配置中包含數據采集模塊、數據處理模塊、數據存儲模塊、歷史數據庫模塊。而數據儲存是AGC/AVC 系統中的核心環節，在19.8 MW 分布式光伏電站中，數據儲存模塊要具備高可靠性和高擴展性，將實時采集的數據點存儲到內存數據庫中，以實現快速的數據訪問和處理。將經過處理的實時數據定期（如每小時或每天）轉存到歷史數據庫中，形成長期的數據記錄。定期對歷史數據庫進行備份，以防數據丟失或損壞。

5 結束語

在當今能源轉型浪潮中，光伏發電作為清潔能源的重要組成部分，其分布式電站的建設與運營日益受到重視。通過對AGC/AVC 系統的深入分析，發現合理配置的控制系統能有效調節光伏電站的輸出功率，讓其與電網的需求相匹配，同時維持電壓在安全穩定的范圍內，有助于提高電網的整體穩定性，減少因功率波動導致的能源浪費，實現能源的高效利用。然而，盡管AGC/AVC 系統在分布式光伏電站中的應用前景廣闊，但仍面臨各種挑戰，如系統集成復雜性、數據通信安全、與現有電網管理系統的兼容性等問題。未來的研究需要在確保系統穩定運行的基礎上，進一步優化控制算法，提升系統的智能化水平，以適應不斷變化的電網環境和能源政策。

參考文獻

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[3] 汪林，夏建華，李妮婷，等. 巨型電站復雜網構下的策略調整及運行情況淺析[J]. 水電站機電技術，2021，44（11）：93-95.

[4] 南京國電南自電網自動化有限公司. 考慮電能指標的儲能電站協調控制方法和存儲介質：202011003134.0[P].2021-01-08.