学术︱AGC与AVC在光伏电站的应用与实现
中国电工技术学会定于2016年7月10~11日在北京铁道大厦举办“2016第十一届中国电工装备创新与发展论坛”，主题为“电工行业十三五规划研究与解读”。
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石家庄科林电气股份有限公司的研究人员屈爱艳、袁玉宝、陈洪雨、侯志卫、常生强，在2016年第6期《电气技术》杂志上撰文，结合自动发电控制系统(AGC)和自动电压控制系统(AVC)在光伏电站中的实际应用情况，对AGC/AVC的基本功能、应用方式及控制策略进行了简要论述。
AGC/AVC系统主要由AGC/AVC主机、通信管理机、AGC/AVC工作站三部分组成，AGC/AVC主机用于数据处理及控制策略的生成，通信管理机用于数据的采集和控制命令的分发，工作站用于值班人员的在线监视与控制，其中AGC/AVC主机既可AGC、AVC分别运行，又可整体运行。
实际应用证明，该系统配置灵活，控制准确，对维护电网的安全、稳定运行起到了积极作用。
随着光伏产业的大力发展，截止到2015年底我国光伏累计装机已达到4300万kW，并且有专家预计，“十三五”期间，我国每年新增光伏装机总量将达2000万kW左右，其中将有60%为地面光伏电站，由此可见，光伏电站的总体建设规模将进一步加大。
但光伏电站与传统电站不同，它的发电功率完全依赖太阳能，具有很大的不确定性，并且由于逆变器特性，一般都无法进行无功调节。基于以上原因，为了更好的提高电网的电能质量，光伏电站的AGC与AVC系统也就应运而生。
本文结合AGC与AVC系统在光伏电站的实际应用方式，对AGC和AVC系统的构造、原理与应用模式，做一简要描述。
1 AGC与AVC系统
AGC系统是指自动发电控制系统，它通过控制光伏逆变器的出力，以满足不断变化的用户电力需求，从而使电网处于安全的运行状态。由于太阳能的间歇性、随机性特点，光伏电站的大规模并网给电网调度带来了巨大的调峰压力，增加了电网系统的不稳定性，降低了电网系统的电能质量。
因此，光伏电站通过利用有功自动控制系统在规定的出力调整范围内，通过实时跟踪上级电力调度部门下发的调节指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和功率控制的要求。
AVC系统是指自动电压无功控制系统，它通过自动调节电网电压、无功，提高电网的电压质量，降低电网损耗，实现电网的稳定和经济运行。为了维持所希望的目标电压，光伏电站通过利用自动电压无功控制系统的无功优化算法，得到目标状态下当前在线可调设备（逆变器、SVC、SVG）的目标无功，通过闭环控制，实现系统电压的调节，从而使系统电压逼近或达到目标值，以满足电力系统无功和电压控制的要求。
2 AGC与AVC系统在光伏电站的应用
AGC/AVC系统的系统结构图如图1所示。
图1 AGC/AVC系统的系统结构图
如图1所示，AGC/AVC系统主要由AGC/AVC主机、通信管理机和工作站三部分组成。AGC/AVC主机主要用于控制策略的生成，通信管理机主要用于数据采集和控制命令的分发，工作站用于值班人员的监视和控制。
通信管理机接收上级电力调度部门下发的功率、电压调节命令，简单处理后，利用消息总线把命令发送给AGC/AVC主机用于调节，通信管理机还需采集站内各逆变器、无功补偿装置的有功、无功、电压、功率因数等实时信息，发送给AGC/AVC主机用于策略分析。
AGC/AVC主机负责数据的处理、存储和控制命令的生成，AGC/AVC主机即可AGC、AVC功能独立运行，也可整体运行。AGC/AVC主机收到上级调度的调节命令后，结合站内SCADA实时信息，利用有功、电压调节算法生成控制策略，并通过通信管理机把控制命令分发给各设备。
由于目前各设备厂家使用的通信规约各不相同，新建电站常常需要增加新的通信接口，目前典型做法是AGC/AVC主机和通信管理机之间通过标准的电力通信方式交互，保证了策略控制和数据采集的完全独立，在增加新设备时只需选用对应厂家的通信管理机或只修改通信管理机的通信接口即可，从而增加了AGC/AVC系统的可扩展性和稳定性。
3 AGC与AVC系统控制流程及策略
AGC/AVC系统是一个闭环控制系统，通过跟踪上级调度的发电计划来调节电站的有功和无功出力，从而使发电功率和目标功率相匹配、母线电压和目标电压相匹配，实现电网的安全运行。
AGC控制流程图如图2所示。
图2 AGC系统控制流程图
AVC控制流程图如图3所示。
图3 AVC系统控制流程图
不同于火力发电，光伏电站的发电功率和母线电压更容易受到来自电站本身的各因素影响，即使AGC、AVC的相关算法已经相当成熟，并广泛应用，但控制策略还需充分考虑电站自身运行方式，回避如逆变器高频调节易产生谐波、多SVG设备无法协调控制等不良因素影响，才能最大限度发挥AGC/AVC系统的作用。
AGC常用控制策略概述：
1）当AGC主机接收到的当前有功计划值小于光伏发电站当前出力时，执行降低总有功出力的控制，能综合考虑各逆变器的运行状态和当前有功出力，按照等裕度或等比例等方式，合理进行有功分配。
2）当AGC主机接收到的当前有功计划值大于光伏发电站当前出力时，执行增加总有功出力的控制，能综合考虑各逆变器的运行状态和有功出力预测值，按照等裕度或等比例等方式，合理进行有功分配。
3）AGC主机具备对光伏电站有功出力变化率进行限制的能力，具备1分钟、10分钟调节速率设定能力，以防止功率变化波动较大对电网的影响。
4）AGC主机具备接收上级调度下发的紧急切除有功指令功能。在紧急指令下，在指定的时间内全站总有功出力未能达到控制目标值时，AGC主机可以采用向逆变器下发停运指令，或者通过遥控指令拉开集电线开关等方式，快速切除有功出力。
5）当升压站高压侧采用多分段母线时，AGC主机具备分别接收不同母线所连接的送出线总有功设定指令的能力。
6）对电力系统故障时没有脱网的光伏电站，故障清除后，AGC主机具备控制有功功率以至少30%的额定功率/秒快速恢复到正常发电状态的能力。
AVC常用控制策略概述：
1）在电网稳态情况下，AVC主机具备充分利用逆变器的无功调节能力来调节电压的能力，当逆变器无功调节能力不足时，考虑SVC/SVG装置的无功调节。在保证电压合格基础上，应为SVC/SVG装置预留合理的动态无功储备。
2）在电网故障情况下，AVC主机可快速调节SVC/SVG装置无功使电压恢复到正常水平。
3）当电网从故障中恢复正常后，AVC主机能通过调节逆变器的无功出力，将SVC/SVG装置已经投入的无功置换出来，使其预留合理的动态无功储备。
4）当升压站内有多组SVC/SVG装置时，AVC主机能协调控制各组SVC/SVG装置，各组装置之间避免无功的不合理流动。
5）当全部无功调节能力用尽，电压仍不合格时，AVC主机可以给出调节分头的建议策略或自动调节分头。
4 结论
AGC/AVC系统是近年出现的针对地面光伏电站有功与电压调节的一种新型应用方式，AGC/AVC系统的应用对维护电网的安全稳定运行起着积极作用，并且必将会随着地面光伏电站的不断发展，而处于越来越重要的地位。
但由于目前各逆变器、SVG厂家还没有形成一套统一的调控标准，导致AGC/AVC系统常常需要结合电站的实际应用进行定制开发，大大影响了AGC/AVC系统的推广和应用。
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