光伏電站功率預測系統 _電站

【光伏電站功率預測系統】光伏電站功率預測系統是指以數值氣象預報為基礎，搭建完備的數據庫系統，利用各種通訊接口采集電場監測系統數據，針對不同電場的情況，采用不同預測技術，對各個電場進行功率預測模型建模，提供人性化的人機交互界面，對電場進行功率預測，為電場管理工作提供輔助手段。

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光伏AVC/AGC系統是基于光伏發電特性開發的功率及電壓控制系統，將光伏電站的逆變器、SVG、變壓器等設備作為調節對象，依據調度發電計劃，進行有功功率和無功功率的連續協調控制，是調度中心對光伏電站調控的重要環節，增強電網對光伏發電的消納能力。

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光功率預測系統組成
實時氣象采集子系統
實現對光伏電站現場實時輻照值。風速。風向。溫度。濕度氣壓等氣象要素的采集，并將學時采集的數據傳輸至功率預測計算子系統，作為功率預測的主要數據來源，硬件設備主要包括輻照儀、風速風向儀、溫濕度傳感器、數據密集通信設備等。一座光伏電站根據其覆蓋面積及地形地貌特征可以設置一座或者多座氣象采集器。氣象采集器的設置以能準確反映整個光伏電站區的輻照強度等氣象條件，清足光功率預測系統功能為目的。

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功率預測計算子系統
實現數據采集、數據管理、數值天氣預報及實時氣象數據處理、功率預測、預測結果評估等功能。硬件設備一般包括1臺氣象數據處理服務器、1臺預測應用服務器、1臺人機工作站和物理隔離設備、硬件防護墻等。其中氣象數據處理服務器部署于安全區，用于數值天氣預報及實時輻照等氣象數據的接收與處理，并通過物理隔離設備將氣象數據送至預測應用服務器;預測應用服務器部署干安全Ⅱ區，用干它裝預測系統主程序，接收實時氣象信息、數值天氣預報和電站實際輸出功率等數據，依據系統預測模型，完成電站短期和超短期輸出功率預測，并將結果實時上傳調度機構。

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光伏光功率預測系統組件

光功率預測系統實現功能
1、數據采集及檢驗：自動采集光伏電站實時運行數據、自動氣象站監測數據和數值天氣預報數據。并對數據進行完整性和合理性檢驗。
2、功率預測：自動進行未來4小時超短期功率預測及未來72小時短期功率預測。
3、預測結果自動上報：可根據調度部門的要求向調度機構上報光伏發電站超短期和短期光伏功率預測數據，并實時上傳光伏電站氣象監測數據。
4、歷史數據統計查詢：可實現歷史功率預報結果、數值天氣預報數據和光伏電站運行參數的數據統計查詢、導出和打印功能。

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光功率預測系統的特點
●提供未來4小時超短期功率預測及未來72小時短期功率預測數據，為電站制定出力計劃提供精準的參考依據。
●自動采集光伏電站實時運行數據、自動氣象站監測數據和數值天氣預報數據，避免了人工采集誤差，減少人工工作量。
●實時上報調度所需數據，滿足調度需要。
光伏AVC/AGC系統
智能電網電壓和無功自動控制AVC系統（稱為“智能AVC系統”）通過調度自動化系統收集每個節點的遠程測量和遠程信令等實時數據，以進行在線分析和計算，并采用合格的每個節點的電壓和網關的功率因數作為約束條件。進行在線電壓和無功功率優化控制，以實現最優化的綜合目標，即調整最少的主變壓器分接開關，最合理的電容器開關，最佳的發電機無功輸出，最高的電壓合格率和最小的輸電網損耗速率，最后形成表格控制指令由調度自動化系統自動執行，從而實現電壓和無功優化的自動閉環控制。
智能AVC的實現是為了保證電能質量，提高傳輸效率，減少網絡損耗，實現穩定運行和經濟運行。
電壓是衡量電能質量的一個重要指標。電力系統中各種用電設備具有在電壓為額定值時才有最好的技術和經濟指標。但是在電力系統的正常運行中。用電放荷利系統運行方式提經常變化的，由此引起電壓發生變化，不可避免地出現電壓偏移。而電力系統的運行電壓水平取決于無功功率的平衡，系統中各種無功電源的無功輸出應能滿足系統負荷和網絡損耗在額定電壓下對無功功率的要求，否則就會偏離額定值。隨著光伏并網規模的不斷擴大，光伏電站對于電力系統的無功功率平衡及電壓穩定的作用越來越重要，因此，光伏電站的無功（電壓）控制是光伏電站功率控制的重要內容。
在電力系統中， AGC是響應負載變化來調整不同電廠中多個發電機的有功輸出的系統。它的全名是Automatic Generation Control“自動發電控制” ，它是能源管理系統EMS中的重要功能。它控制頻率調制單元的輸出，以滿足用戶不斷變化的電源需求，并使系統保持經濟運行狀態。
那么AGC的技術特點是什么？它可以提供AGC控制計劃的功能，以減輕調度員的日常運營負擔；提供多種機組控制方式，滿足不同機組及其協調控制的需要；在保證可控性的前提下，設置不同的AGC周期以減少控制指令。
AVC是自動電壓控制（Automatic Voltage Control）的縮寫。它利用計算機和通信技術自動控制電網中的無功功率和調壓設備，以達到確保電網安全，優質，經濟運行的目的。
AVC設備的功能是：（AVC）設備，作為電網電壓和無功優化系統中分層控制的電壓控制實現手段，是控制和調節發電機勵磁以達到電廠側的電壓響應由負載波動和事故引起的電壓變化的快速動作。進行控制以確保將合格的電壓輸送到電網，并確保無功功率滿足系統需求。同時，它接收省調度通信中心的上級電壓控制命令和電壓設定值，計算輸出電壓和無功優化算法，控制發電機勵磁調節器的設定點，實現遠程調度控制。
現在在一些光伏系統中，也有很多提供AGC/AVC的控制系統解決方案。
光伏AGC(光伏有功功率自動調節):當前光伏電站發出的有功功率值和調度下發的目標值進行比較，如果差值太大， AGC將自動調節逆變器的有功功率限值，實時將當前光伏電站發出的有功調整到目標值附近。AGC控制對象為逆變器。
光伏AVC(光伏電壓無功自動調節):當前光伏電站高壓側母線電壓實際值和調度下發的目標值進行比較，如果差值太大， AVC將自動調節逆變器的無功功率限值，實時補償無功或者吸收無功，實現將電壓追平到目標值附近。
光伏電壓控制要求
1.并網點電壓偏差
光伏電站并網點電壓偏差應符合下列要求：
（1）通過10（6）kV電壓等級接入電網的光伏電站，其并網點電壓偏差為相應系統標稱電壓的±7% 。
（2）通過35～110kV電壓等級接入電網的光伏電站，其并網點電壓偏差為相應系統標稱電壓的-3%～+7%；事故后恢復電壓為系統標稱電壓的±10% 。
（3）通過220kV電壓等級接人電網的光伏電站，其并網點電壓偏差為相應系統標稱電壓的0%～+10%；事故后恢復電壓為系統標稱電壓的-5%～+10% 。
（4）通過330kV及以上電壓等級接入電網的光伏電站，正常運行方式下，其并網點最高運行電壓不得超過系統標稱電壓的+110%；最低運行電壓不應影響電力系統同步穩定、電壓穩定、站用電的正常使用及下一級電壓的調節。
2.電源特性
大中型光伏電站應具備相應電源特性，能夠在一定程度上參與電網的電壓和功率調節。應符合下列要求∶
（1）大中型光伏電站電壓調節方式包括調節光伏電站的無功功率、無功補償設備投入量以及調整變壓器的變比等。在接入設計時，應重點研究其無功補償類型、容量以及控制策略。
（2）對于專線接入公用電網的大中型光伏電站，其配置的容性無功容量能夠補償光伏電站滿發時站內匯集系統、主變壓器的全部感性無功及光伏申站送出線路的一半感性無功之和；其配置的感性無功容量能夠補償光伏電站送出線路的一半充電無功功率。
（3）對于T接于公用電網和接入用戶內部電網的大中型光伏電站應想據項目工程的特點，結合電網實際情況論證其配置無功裝置類型及容量范圍。
（4）對于通過匯集系統升壓至500kV（或750kV）電壓等級接入公用電網的大中型光伏電站，其配置的容件性無功容量能夠補償光伏電立站滿發時站內匯集系統、主變壓器的感性無功及光伏申站送出線路的全部感性無功之和，其配置的感性無功容量能夠償光伏電站送出線路的全部充電無功功率。
3.功率特性
小型光伏電站當作負荷看待，應盡量不從電網吸收無功或向電網發出無功。應符合下列要求∶
（1）有功功率調節性能暫不作要求。
（2）輸出有功功率大于其額定功率的50%時，功率因數應不小于0.98（超前或滯后）。（3）輸出有功功率在其額定功率的20%～50%時，功率因數應不小于0.95（超前或滯后）。
無功電源和無功容量
（一）無功電源
1.基本要求
（1）光伏電站的無功電源包括光伏并網逆變器和光伏電站集中無功補償裝置。
（2）光伏電站應充分利用并網逆變器的無功容量及其調節能力，當并網逆變器的無功容量不能滿足系統電壓與無功調節需要時，應在光伏電站配置集中無功補償裝置，并綜合考慮光伏電站不同發電能力和接入系統后各種運行工況下的暫態、動態過程，配置足夠的動態無功補償容量。
2.響應時間
（1）光伏電站的無功電源應能夠跟蹤光伏發電功率的波動及系統電壓控制要求并快速響應。
（2）光伏電站的無功調節需求不同，所配置的無功補償裝置不同，其響應時間應根據光伏電站接入后電網電壓的調節需求確定，光伏電站動態無功響應時間應不大于30ms 。
（二）無功容量
1.基本要求
（1）光伏電站的無功容量應滿足分（電壓）層和分（電）區基本平衡的原則，無功補償容量應在充分考慮優化調壓方式及降低線損的原則下進行配置，并滿足檢修備用要求。
（2）光伏并網逆變器功率因數應能在超前0.95～滯后0.95范圍內連續可調。
2.無功容量配置
（1）光伏電站的無功容量配置應滿足GB/T19964—2012《光伏發電站接入電力系統技術規定》的有關規定。
（2）光伏電站配置容量范圍應結合光伏電站實際接人情況。必要時通過光伏電站接人電力系統無功電壓專題研究來確定。計算時應充分考慮無功設備檢修及系統特殊運行工況等情況。
（三）運行電壓適應性
（1）在電網正常運行情況下，光伏電站的無功補償裝置應適應電網各種運行方式變化和運行控制要求。
（2）光伏電站處于非發電時段，光伏電站安裝的無功補償裝置也應按照電力系統調度機構的指令運行。
（3）當光伏電站安裝并聯電抗器/電容器組或調壓式無功補償裝置，在由網故陪或是堂情況下，引起光伏電站并網點電壓在高于1.2倍標稱電壓時，無功補償裝置容性部分應在0.2s內退出運行，感性部分應能至少持續運行5min 。
（4）當光伏電站安裝動態無功補償裝置，在電網故障或異常情況下，引起光伏電站并網點電壓高于1.2倍標稱電壓時，無功補償裝置可退出運行。
（5）對于通過220kV（或330kV）光伏發電匯集系統升壓至500kV（或750kV）電壓等級接入電網的光伏電站群中的光伏電站，在電力系統故魔引起光伏電站并網點電壓低于0.9倍標稱電壓時，光伏電站的無功補償裝置應配合站內其他無功電源按照GB/T19964—2012中的低電壓穿越無功支持的要求發出無功功率。
自動電壓控制原理與實現流程
在自動裝置的作用和給定電壓約束條件下，光伏電站無功補償裝置的功率以及變壓器的分接頭都能按指令自動進行閉環調整，使其注入電網的無功逐漸接近電網要求的最優值，從而使全網有接近最優的無功電壓潮流，這個過程就是自動電壓控制（AutomaticVoltageControl ， AVC），它是現代電網控制的一項重要功能。
AVC是利用計算機和通信技術，對電網中的無功資源以及調壓設備進行自動控制，以達到保證電網安全、優質和經濟運行的目的。
AVC應用是通過利用所采集的電網各節點運行電壓、無功功率、有功功率等實時數據，實現電網無功電壓優化自動控制的功能模塊。
工作模式分為自動模式和手動模式，并可對光伏電站無功電壓元件優先級進行選擇和投切。
光伏電站AVC流程如圖5-7所示。

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光伏電站的無功（電壓）控制主要通過控制逆變器和無功補償裝置（SVC/SVG裝置）來實現。首先，根據逆變器控制策略，實時計算可控逆變器的數量以及每臺可控逆變器需要調節的無功增量值，然后下發逆變器遙調命令進行無功增量數值控制。其次如果計算出的全站無功增量值超出逆變器可調節的總無功值， AVC系統將對剩余無功增量值啟動SVC/SVG調節進行無功補償。如果站內有多套SVC/SVG ， AVC系統會對剩余無功增量值動態平均協調分配。
典型的光伏電站無功功率控制系統的逆變器與SVC/SVG裝置應具備以下功能：
1.逆變器部分
（1）逆變器總體控制策略。
AVC系統計算出全站無功增量值以后，將所有可調逆變器作為調節對象，剔除故障逆變器、通信故障逆變器、樣本逆變器等無法調節或者不調節的逆變器。平均計算每臺逆變器應該發出的無功增量值，通過網絡將無功增量值發送至逆變器，逆變器收到無功增量值后根據當前實發值，計算出逆變器無功目標值，然后迅速補償到位。
（2）逆變器平均分配策略。
當本站有多個分區同時運行時，需要具備協調策略，每個分區內部應協調控制所有可調逆變器，逆變器需要實時上送開關遙信、閉鎖遙信以及無功限值、實發無功等遙測信息。如圖5-8所示為逆變器平均分配策略流程。

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（3）逆變器正常狀態。
當逆變器遙測遙信狀態正常，且無任何閉鎖信息，即作為可調逆變器。子站AVC系統將獲取到的主站無功目標值平均分配給所有可調逆變器。
（4）逆變器故障狀態。
如果某臺或者某些裝置出現閉鎖、通信中斷或不在運行狀態時， AVC系統將會對該逆變器裝置實行閉鎖，不對其進行AVC調節，即不對其分配無功值。
（5）人工干預。
每臺逆變器設置投入AVC軟壓板，可人為設定投入、退出自動調節。該軟壓板可以就地投退，也可以遠方投退。
逆變器相關接口信息見表5-9 。

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2.SVC/SVG裝置部分
（1）SVC/SVG控制策略。
SVC/SVG裝置接受AVC系統無功指令值以及調度下發的電壓上、下限定值，根據下面的策略實現無功和電壓的自動控制。
1）當監控高壓側母線的實時電壓在全站團鎖電壓上、下限范圍之內時， SVC/SVG裝置接收AVC系統下發的無功指令進行恒無功控制；
2）當監控高壓側母線的實時電壓在全站閉鎖電壓上。下限范圍之外時， SVC/SVG裝置自動轉為恒電壓控制，快速調節設備功率，把高壓側母線電壓盡量調節回全站閉鎖電壓上、下限值范圍內；
3）SVC/SVG裝置的投入/退出，以及SVC/SVG所連接開關的分合，由變電站運行人員進行操作， AVC系統不進行遙控，如圖5-9所示為SVG穩態控制流程。

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（2）SVC/SVG控制分配原則。
當本站有多套SVC/SVG同時運行時，需要具備協調策略，每套SVC/SVG需要上送本設備當前的運行狀態、閉鎖信息等相關遙測量和遙信， AVC系統實時檢查每套SVC/SVG的運行狀態。
（3）SVC/SVG正常運行情況。
當多臺SVC/SVG都處于正常運行狀態，并且無閉鎖信息時， AVC系統將計算出的無功增量值按照所在側母線電壓實際情況，發給SVC/SVG裝置進行動態補償（按照步長方式或者無功增量值方式）），實現多臺SVC/SVG輪流交替、平均調節。預判某段所在側母線電壓調節后會發生越限，閉鎖該側母線SVC/SVG調節。
（4）SVC/SVG異常運行情況。
如果SVC/SVG裝置出現閉鎖或不在運行狀態時， AVC系統將會對該套SVC/SVG裝置實行閉鎖，不對其分配無功值，將SVC/SVG總無功設定值分配給其他正常運行的SVC/SVG裝置。
當某套SVC/SVG通信中斷時，子站AVC和調度AVC主站都收不到該中斷設備的運行狀態，無法判斷通信中斷SVC/SVG的當前無功補償狀態，將閉鎖所有SVC/SVG的調節。當故障SVC/SVG通信恢復后，子站AVC將重新進行所有SVC/SVG的平均分配。
AVC系統調節是考慮主變壓器高壓側無功（電壓），某個SVC/SVG異常，閉鎖全部SVC/SVG ，但不需閉鎖逆變器無功調節，逆變器無功調節是否閉鎖是由逆變器部分判斷。
（5）人工干預。
SVC/SVG設置軟壓板，通過該軟壓板實現本套設備的投入/退出。軟壓板可以就地投退，也可以遠方投退。
SVC/SVG相關數據SVC/SVG上送給AVC的數據見表5-10 。

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光伏電站AVC系統配置及控制原則
（一）配置原則
（1）各光伏電站原則上須配置無功功率控制系統，即廠站AVC系統；光伏電站逆變器須具備無功調節能力。
（2）光伏電站分期建設在同一并網點并網的，各期逆變器及無功補償設備均須接入其AVC系統。
（3）光伏電站分期建設各期不在同一并網點并網的，每個并網點加裝一套AVC系統，接入相應的逆變器及無功補償設備。
（二）控制原則
（1）110kV升壓站僅有一家光伏電站上網的，其有載調壓的升壓變壓器須接入該站AVC系統進行協調控制。
（2）光伏電站內AVC控制策略為先充分利用逆變器無功調節能力（要求輸出的有功功率在10%～100%時，光伏并網逆變器功率因數應能在超前0.95～滯后0.95范圍內連續可調），再調節升壓變電站、動態無功補償設備，正常情況下，動態無功補償設備應保留合理的無功儲備裕度，以應對故障情況。
（3）調度主站AVC下發控制指令為光伏電站并網點母線電壓的控制目標值；在外部電網運行正常情況下，全站AVC系統調節到位時間應不超過2min 。調度主站AVC系統與由站AVC的信息交互方式見表5-11 。

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（4）光伏電站內AVC控制策略要充分考慮各臺逆變器的機端電壓合格，在機端電壓合格的基礎上，通過調控電站內無功設備，追隨相關調度主站AVC下發的母線電壓指令。
（5）光伏電站330、110kV匯集站的高壓側母線電壓由調度AVC系統直接調控，其主變壓器分接頭和動態無功補償設備均須實現遠方控制。匯集站與調度AVC主站通過匯集站綜合自動化系統交互數據，交互數據內容見表5-12 。

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（6）光伏匯集站SVC/SVG的控制模式
調度AVC主站向SVC/SVG裝置同時下發電壓上、下限值和無功指令值， SVC/SVG裝置應能夠實現無功和電壓的協調控制，控制模式要求如下∶
1）當監控母線的實時電壓在下發的電壓上下限范圍之內時， SVC/SVG裝置按照接收的無功指今進行無功功率調節。
2）當監控母線的實時電壓在下發的電壓上下限范圍之外時， SVC/SVG裝置自主調節設備無功功率，把母線電壓控制在上下限值范圍內。
光伏電站AVC接入及調試
基于智能電網調度技術支持系統的光伏電站AVC系統包括調度AVC主站和光伏電站AVC子站。光伏電站AVC子站需要完成調試工作并按要求投入運行；光伏匯集站需要完善SVC/SVG裝置功能并與調度AVC聯調并投入運行。
（一）光伏電站本體AVC接入及調試
1.光伏電站AVC子站準備工作
（1）AVC子站應按照主站提供的與調度主站AVC應用的接口規范修改完善子站裝置軟件功能，能夠接收主站系統AVC應用下發的指令，準確解析并執行；能夠上送主站系統AVC應用要求的信息。
（2）AVC子站按照接入時間要求提前將信息點表提供給主站。
2.與調度主站AVC通信測試
光伏電站應向主站提供光伏電站遠動裝置與調度主站AVC應用的通信參數。調度主站技術人員完成主站實時庫及AVC建模工作。
光伏電站與調度主站AVC通信通道和通信接口測試應向調度申請。
試驗時， AVC主站與電站AVC子站、電站遠動裝置配合，核對上送和下發的數據，保證通信正常，由主站AVC技術人員通過人工置數方式將指令下發到光伏電站子站，子站核對是否能夠正確解析。光伏電站做好測試記錄。
3.與調度主站AVC開環測試
主站與子站人員核對母線電壓值，當前無功設備的量測值，確保數據準確無誤后由主站AVC技術人員通過人工置數的方式下發母線電壓的遙調設定值，測試光伏子站在相應的時間內母線電壓是否能達到設定值，記錄測試結果。
4.與調度主站AVC閉環測試
開環測試完成后，子站AVC將子站投人到遠方控制，主站AVC實現閉環，測試24h 。
5.光伏電站AVC系統通信協議及交互信息要求
（1）通信流程。
光伏電站AVC通信流程如圖5-10所示。

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（2）子站上送信息量見表5-13 。

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（二）光伏匯集站SVC/SVG接入調度主站及調試
1.光伏匯集站準備工作
光伏匯集站SVC裝置廠家按照主站提供的與調度主站AVC應用的接口規范修改完善子站裝置軟件功能，能夠接收主站系統AVC應用下發的指令，準確解析并執行；能夠上送主站系統AVC應用要求的信息。
2.與調度主站AVC通信測試
變電站光伏匯集站應向調度主站提供變電站遠動裝置與AVC應用相關SVC裝置的通信參數。調度主站專業人員完成主站系統數據庫創建及建模。
試驗前，光伏匯集站申請SVC裝置與調度主站AVC通信通道和通信接口測試。試驗時， AVC主站與電站監控系統、SVC裝置技術人員配合，核對上送和下發的數據，由主站AVC應用專業人員通過人工置數方式將指令下發到電站監控系統，查看相應設備是否能夠正確動作。
3.光伏匯集站SVC裝置
（1）子站上送信息量見表5-15 。