［摘 要］AGC/AVC 系統(tǒng)在光伏電站中的應(yīng)用，可有效提升電站的運(yùn)行性能，讓電站在不同運(yùn)行條件下都能穩(wěn)定輸出電力，有效優(yōu)化電網(wǎng)的電壓水平。文章闡述了分布式光伏電站的基本構(gòu)成和工作原理，確定了AGC/AVC 系統(tǒng)的基本功能，分析了AGC/AVC 系統(tǒng)在光伏電站中的具體應(yīng)用。研究結(jié)果表明，合理配置AGC/AVC 系統(tǒng)，19.8 MW 分布式光伏電站在復(fù)雜多變的電網(wǎng)環(huán)境下保持高效穩(wěn)定的運(yùn)行，顯著提高電站的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益，為未來(lái)分布式光伏電站優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供實(shí)踐指導(dǎo)。

［關(guān)鍵詞］分布式光伏電站；AGC/AVC 控制；自動(dòng)發(fā)電控制；自動(dòng)電壓控制；電網(wǎng)穩(wěn)定性

［中圖分類號(hào)］TM615 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）09–0029–03

隨著全球?qū)稍偕茉葱枨蟮牟粩嘣鲩L(zhǎng)，光伏發(fā)電作為一種清潔、可持續(xù)的能源形式，受到各行業(yè)的廣泛關(guān)注。在各種光伏發(fā)電技術(shù)中，分布式光伏電站憑借自身靈活性高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，成為研究熱點(diǎn)。特別是19.8 MW 級(jí)別的分布式光伏電站，在滿足區(qū)域能源需求、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在分布式光伏電站的運(yùn)行管理中，AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）和AVC（自動(dòng)電壓控制）系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，AGC 系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)根據(jù)電網(wǎng)的需求實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電功率，控制電站輸出功率與電網(wǎng)調(diào)度指令相匹配，從而維持電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而AVC 系統(tǒng)則通過(guò)控制電站的電壓水平，保證電網(wǎng)電壓在安全、合理的范圍內(nèi)，提高電能質(zhì)量，加強(qiáng)電網(wǎng)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(tǒng)的應(yīng)用，期望為19.8 MW分布式光伏電站AGC 和AVC 系統(tǒng)提供科學(xué)的應(yīng)用策略，推動(dòng)分布式光伏發(fā)電技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

1 分布式光伏電站的基本構(gòu)成

分布式光伏電站主要包括光伏組件、逆變器、支架系統(tǒng)、電纜、接線盒、監(jiān)控系統(tǒng)。光伏組件由多個(gè)光伏電池串聯(lián)組成，能將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能。目前，市場(chǎng)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(fā)電效率，其作用是將光伏組件產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，從而滿足電網(wǎng)或用戶的需求。支架系統(tǒng)要考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和地形特點(diǎn)，使其能夠以最佳角度接收太陽(yáng)光，提高光伏組件的穩(wěn)定性。電纜用于連接光伏組件、逆變器及電網(wǎng)。接線盒用于保護(hù)電纜接頭，控制電能的安全傳輸。監(jiān)控系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)光伏電站的運(yùn)行狀態(tài)，如發(fā)電量、設(shè)備狀態(tài)等，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，保證電站的高效運(yùn)行。分布式光伏電站運(yùn)行原理相對(duì)簡(jiǎn)單，當(dāng)太陽(yáng)光照射到光伏組件上時(shí)，光伏電池吸收光能，并將其轉(zhuǎn)換為直流電，這些直流電通過(guò)電纜傳輸?shù)侥孀兤鳎?jīng)過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換為交流電后，直接供給家庭或商業(yè)用電，或并入電網(wǎng)供其他用戶使用。但值得注意的是，在實(shí)際運(yùn)行中，分布式光伏電站需綜合考慮電網(wǎng)的兼容性、電能質(zhì)量、安全防護(hù)等因素，如電站應(yīng)配備相應(yīng)的保護(hù)裝置，防止電網(wǎng)故障時(shí)對(duì)電站設(shè)備造成損害。分布式光伏電站的基本構(gòu)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(fā)電站AGC/AVC子站

光伏發(fā)電站AGC/AVC 子站是安裝在發(fā)電站現(xiàn)場(chǎng)的關(guān)鍵控制設(shè)備，主要職責(zé)是接收并執(zhí)行來(lái)自調(diào)度中心AGC/AVC 主站的有功功率和電壓控制指令，有效優(yōu)化電網(wǎng)的穩(wěn)定性。AGC/AVC 子站不僅負(fù)責(zé)執(zhí)行這些指令，還要向主站反饋執(zhí)行結(jié)果及電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，保證信息的準(zhǔn)確性。

2.2 預(yù)制控制艙的控制對(duì)象

預(yù)制控制艙是光伏發(fā)電站中的重要組成部分，主要用于控制和監(jiān)測(cè)關(guān)鍵設(shè)備，如逆變器和SVG（靜態(tài)無(wú)功發(fā)生器）裝置。逆變器是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的關(guān)鍵設(shè)備，而SVG 裝置則用于調(diào)節(jié)電網(wǎng)的無(wú)功功率，科學(xué)維持電壓穩(wěn)定。預(yù)制控制艙通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，控制其按照AGC/AVC 指令正確運(yùn)行，也能及時(shí)響應(yīng)任何異常情況，提高電站運(yùn)行的安全性。

2.3 逆變器監(jiān)控系統(tǒng)

逆變器監(jiān)控系統(tǒng)是光伏發(fā)電站中用于監(jiān)控和管理所有逆變器的關(guān)鍵系統(tǒng)，該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)逆變器的運(yùn)行狀態(tài)，如輸出功率、電壓及電流等參數(shù)，并負(fù)責(zé)將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到AGC/AVC 子站。通過(guò)這種數(shù)據(jù)傳輸，AGC/AVC 子站可獲取電站的詳細(xì)運(yùn)行信息，精確執(zhí)行來(lái)自主站的控制指令。此外，逆變器監(jiān)控系統(tǒng)還有助于及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決逆變器的問題，提高電站的整體運(yùn)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(tǒng)中，子站硬件配置包括計(jì)算控制設(shè)備、歷史存儲(chǔ)設(shè)備、串口接入設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等，是系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)。計(jì)算控制設(shè)備采用成熟可靠的服務(wù)器或工業(yè)嵌入計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)處理和執(zhí)行控制指令，加強(qiáng)光伏電站的運(yùn)行效率。歷史存儲(chǔ)設(shè)備用于存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行中的歷史數(shù)據(jù)，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和故障診斷。串口接入設(shè)備用于連接各種傳感器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制指令的下發(fā)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)配置千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，用于連接子站內(nèi)的各種設(shè)備，完成與其他站內(nèi)系統(tǒng)、調(diào)度主站的數(shù)據(jù)通信。人機(jī)工作站提供操作界面，有助于實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，進(jìn)行必要的操作和調(diào)整。除人機(jī)工作站外，其他設(shè)備均集中組屏，以便于管理和維護(hù)（圖2）。

3.2 計(jì)算控制設(shè)備的雙機(jī)冗余配置

為了確保AGC/AVC 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，計(jì)算控制設(shè)備采用雙機(jī)冗余配置，這種配置的核心在于系統(tǒng)中設(shè)有兩臺(tái)服務(wù)器或工業(yè)嵌入式計(jì)算機(jī)，一臺(tái)作為主機(jī)，另一臺(tái)作為備機(jī)，兩臺(tái)機(jī)器通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)和狀態(tài)，確保在任何時(shí)候都能無(wú)縫切換。在雙機(jī)冗余工作中，主機(jī)和備機(jī)之間利用專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步，讓兩臺(tái)機(jī)器的數(shù)據(jù)和狀態(tài)始終保持一致。當(dāng)主機(jī)檢測(cè)到自身硬件故障、軟件異常導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定的情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)觸發(fā)切換機(jī)制，將控制權(quán)無(wú)縫轉(zhuǎn)移到備機(jī)上。系統(tǒng)內(nèi)置的故障檢測(cè)與診斷模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控主機(jī)和備機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障點(diǎn)，整個(gè)切換過(guò)程對(duì)用戶來(lái)說(shuō)完全透明，不會(huì)影響到正在進(jìn)行的控制指令和系統(tǒng)操作。通過(guò)采用雙機(jī)冗余配置，19.8 MW 分布式光伏電站的AGC/AVC 系統(tǒng)可有效應(yīng)對(duì)各種潛在的硬軟件故障，提高控制指令的連續(xù)性，從而為電站高效運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

3.3 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的配置

在子站配置中，采用千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，可有效優(yōu)化設(shè)備間的連接，極大提升數(shù)據(jù)通信的效率。千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以其高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，成為連接子站內(nèi)各種設(shè)備的核心組件，這些設(shè)備包括光伏逆變器、電池存儲(chǔ)系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備及各種傳感器。通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，這些設(shè)備可實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)交換，對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)控電站運(yùn)行狀態(tài)、及時(shí)調(diào)整發(fā)電策略至關(guān)重要。除了子站內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換外，千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)還負(fù)責(zé)完成與其他站內(nèi)系統(tǒng)、調(diào)度主站數(shù)據(jù)通信，這種跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求極高的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，讓整個(gè)電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)能被及時(shí)收集，并用于決策支持。千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的高速傳輸特性，使得這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠在毫秒級(jí)別內(nèi)完成傳輸，提升整個(gè)AGC/AVC 系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。但值得注意的是，在配置千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)時(shí)，為了確保網(wǎng)絡(luò)的高可用性，應(yīng)采用雙機(jī)熱備或環(huán)網(wǎng)冗余設(shè)計(jì)，防止單點(diǎn)故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸中斷。根據(jù)數(shù)據(jù)的重要性和緊急性，合理配置QoS（服務(wù)質(zhì)量）參數(shù)，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)的優(yōu)先傳輸。此外，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全防護(hù)措施，如設(shè)置防火墻、定期更新安全補(bǔ)丁等，以防止未授權(quán)訪問和數(shù)據(jù)泄漏[4]。

4 軟件配置

4.1 全站監(jiān)視

在19.8 MW 分布式光伏電站AGC/AVC 系統(tǒng)中，全站監(jiān)視功能提供直觀的圖形化方法，旨在實(shí)時(shí)監(jiān)控光伏發(fā)電站內(nèi)的所有關(guān)鍵電氣設(shè)備，包括各光伏區(qū)的逆變器、箱式變壓器（箱變）、集電線。通過(guò)上述功能，運(yùn)維人員可迅速獲取到這些設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，提高電站的整體運(yùn)行效率。

4.2 運(yùn)行監(jiān)視

運(yùn)行監(jiān)視功能專注于子站系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，如母線電壓、有功功率、無(wú)功功率、開關(guān)狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的詳細(xì)信息。該功能負(fù)責(zé)監(jiān)視子站與其他系統(tǒng)、調(diào)度主站之間的通信狀態(tài)，加強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。通過(guò)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能影響電站運(yùn)行的各種問題。

4.3 設(shè)置功能

軟件界面設(shè)計(jì)友好的用戶交互體驗(yàn)，支持運(yùn)維人員輸入關(guān)鍵參數(shù)，如送出線路的總有功目標(biāo)值和送出線路的總有功計(jì)劃曲線，使得運(yùn)維人員能夠根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整電站的運(yùn)行策略，優(yōu)化能源輸出，提高光伏電站的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性。

4.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

在19.8 MW 分布式光伏電站中，AGC/AVC 系統(tǒng)通常由高性能的工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)和專用軟件組成，這些軟件負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控電站的運(yùn)行狀態(tài)，包括發(fā)電量、電壓、電流等關(guān)鍵參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)管理和分析，軟件配置中包含數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)模塊。而數(shù)據(jù)儲(chǔ)存是AGC/AVC 系統(tǒng)中的核心環(huán)節(jié)，在19.8 MW 分布式光伏電站中，數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊要具備高可靠性和高擴(kuò)展性，將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)點(diǎn)存儲(chǔ)到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中，以實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)訪問和處理。將經(jīng)過(guò)處理的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)定期（如每小時(shí)或每天）轉(zhuǎn)存到歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，形成長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)記錄。定期對(duì)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行備份，以防數(shù)據(jù)丟失或損壞。

5 結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)今能源轉(zhuǎn)型浪潮中，光伏發(fā)電作為清潔能源的重要組成部分，其分布式電站的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)日益受到重視。通過(guò)對(duì)AGC/AVC 系統(tǒng)的深入分析，發(fā)現(xiàn)合理配置的控制系統(tǒng)能有效調(diào)節(jié)光伏電站的輸出功率，讓其與電網(wǎng)的需求相匹配，同時(shí)維持電壓在安全穩(wěn)定的范圍內(nèi)，有助于提高電網(wǎng)的整體穩(wěn)定性，減少因功率波動(dòng)導(dǎo)致的能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。然而，盡管AGC/AVC 系統(tǒng)在分布式光伏電站中的應(yīng)用前景廣闊，但仍面臨各種挑戰(zhàn)，如系統(tǒng)集成復(fù)雜性、數(shù)據(jù)通信安全、與現(xiàn)有電網(wǎng)管理系統(tǒng)的兼容性等問題。未來(lái)的研究需要在確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化控制算法，提升系統(tǒng)的智能化水平，以適應(yīng)不斷變化的電網(wǎng)環(huán)境和能源政策。

參考文獻(xiàn)

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[4] 南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司. 考慮電能指標(biāo)的儲(chǔ)能電站協(xié)調(diào)控制方法和存儲(chǔ)介質(zhì)：202011003134.0[P].2021-01-08.