光伏电站有功功率的控制技术研究
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摘 要：光伏电站有功功率控制，主要是针对其稳定性以及输出的可控性，从而来提高其它电网在光伏电站输出功率接受上的能力，本文针对电站在有功功率控制中存在的问题进行剖析，总结其原因以及解决问题的对策，从而给光伏电站有功功率的控制以及输出控制管理水平的提升提供思路。
关键词：光伏电站;有功功率;控制技术
1 有功功率控制过程中的问题
事实上，太阳能本身就存在着不能够持续、强度无法稳定和无法对情况作出准确判断的特征，但太阳能是电站的能量供应，如果太阳能不稳定，那么其发电功率也会随之出现不稳定的情况，发电功率直接与国内的的电网功率挂钩，因此国内的电网功率也会受到影响。随着国内光伏电站的逐渐发展扩建，其本身存在的问题也日益尖锐，相关机构对其的重视度也逐渐加深。
就目前而言，电站在始建时，其就会呈区域集中以及规模扩大化的建设状态，但由于其接入的点不同，这样的模式就会导致电能和电稳定性出现差异化，因此，这就对电网的均衡能力提出了高要求，太阳能不同于其他能量源，光伏发电对国内电网的电能质量有较大影响，这样一来，使得国内的电网控制以及调度方面面临着巨大挑战。光伏发电的波动可能会导致电网频率发生改变，从而造成严重影响，因此，为了保证电网稳定的功率，就要对光伏电站波动的发电频率进行调整频率以及峰值[1]。
光伏电站在大多情况下，其都是依靠各光伏阵列的最大功率进行发电，在其进行发电过程中，单个阵列的控制基本很难实现，导致了整个阵列都会因为环境的变化而变化，因此，大多控制电站总输出功率，都是依靠启停逆变器来进行，其发电功率的可控性大大降低，也使得光伏电站很难适应电网的调度值，同时，受到环境的因素的影响，光伏电站的输出功率也会产生波动，从而导致了电网的功率随之波动。
2 光伏电站影响原因分析
太阳能本身就会受到温度、阳光等环境因素以及内部因素的束缚，此类因素本身就具有不可控的性质，从而对光伏电站发电功率产生影响，这样一来，也可能会对光伏电站给造成电压闪变的现象。其中，内部因素主要包括了电力调节失衡，以及光伏逆变器需要进行多次开关等。如果光伏发电站的功率数据波动太大时，可能电压可能会出现突然的变化，此外，电压出现这样的变化有可能是电网和光伏电站的负荷不匹配等原因造成。电站的并网与其他的不同，在它进行并网的过程中，一般都会使用到非常多的电力电子相关的设备，需要通过这些设备来进行能量的转递，但就普通情况而言，操控这些设备都是由无数的开关来进行，开关的数量过于庞大，就会造成电流和电压发生不好的变化，引起谐波污染问题。
电站的实际输出功率能力主要与光伏电站能够接受到的太阳能多少有关联，太阳能会由于其自身的不稳定原因造成发电功率的变化，发电功率的变化就会引起电网频率的波动。通过长期观察，电网频率突然发生改变可能是由于光伏电站环境发生改变，其还可能导致整体退出电网或者电站的输出功率发生波动，给电网频率造成了严重影响。
3 有功功率控制的具体技术手段
3.1 控制对策概况
光伏电站的上层在对功率均衡方面有重要作用，电网会对电站上层直接进行控制，直接由其下达相关的指令后，光伏电站上层控制会根据指令的需求进行功率控制，同时，光伏电站上层控制会再根据电网发出的指令，同时，也要根据电站本身对于输出功率和变化震荡的的具体要求，并且上层还有一个作用就是讲下一个周期的功率通过科学的计算来设定好，同时也制定好分配计划，再根据制定好的计划将功率分给各个光伏逆变器，这个小单位的设备，能够根据既定计划，将接收到的功率进行向外输出，如果没有其他因素的干扰，该设备输出的功率就与电站的设定无较大差异。
而如果遇到电网没有下达指令，电站则会按照能够进行运作的最大功率进行实际的工作，我们可以将有功功率的控制进行如下总结：（1）先判断指令的有无，无指令，则根据光伏电站的最大效率进行工作，有明确的指令，则需要根据相应的指令工作;（2）按照接收到的指令，制定对应的实施方案;（3）根据接收到的控制方案，规划好下个周期的功率;（4）把光伏电站上层设定好的功率按照合理的分配策略分配给光伏逆变器。
从其流程的设定可以得出，主要能从电网的调度和计划以及功率分配方面对光伏电站有功功率进行有效控制。
电网会对光伏电站有功功率的变化率进行严格的控制，其要求了电网规定的输出功率变化要比光伏电站输出的有功功率变化大，在电网调度与计划过程里，目前有4种具体的控制方法，主要有包括了限值、调整、斜率以及差值控制的方法，这几种方法都可以进行具体的电站设定功率的计算，不同的控制方法在进行功率的设定时所表现出的实际工作方法不同。
功率分配是指在进行光伏电站的有功功率控制过程之中，要将光伏电站上层设定好的功率分配给各下级设备，而且，在分配的过程中要结合下级设备的调节能力，下级设备的调节能力的实现，主要是依靠对功率进行预先测算和自身的工作特点，与此同时，在对功率进行设定时，其还要符合电网整体的调度规则和相关计划，为了达成这样的目的，将电站的有功功率进行合理化的分配，就需要在功率控制的過程之中，对下级设备运行数据进行采集，将采集的数据，包括功率预测的数据进行全方位的整合，可以通过这些数据得到下级设备功率的具体可以调节的值，在这个操作过程中，还要注意光照强度，环境温度以及下级设备的面板温度以及电功率、电流、电压等数据收集。
3.2 功率设定运算法则
在电网设定的计划之下，电站的实际功率运算规则有有限值、调整、斜率控制以及差值四种方法，其具体如下。
（1）限值方法。根据相关规定，电站的功率最大值也不能超过电网的调度的值，缘于此，就要对相关的算法进行算法进行具体化的研究，由于电站在进行功率的值具体设计时，需要对电网的调度值进行考量;将预算的功率值和电站的输出功率进行相比，假如，电站的功率远小于已经设定好的功率值，那么为了让电站的功率能够接近预算的功率，电站可以通过调高发电效率的方式进行;如果电站的功率比预算的功率大，电站可以将功率进行调低处理;如果两个功率值相等就不需要进行调节[2]。 （2）调整方法。电站在按照调整方法进行运行时，电站的总功率就会处于随时都在进行调整的状态，通过这种办法来让总功率接近电网规定的功率值，这个过程也需要由电站的功率控制系统来完成，其具体的运算方法和限制的方法相同，电站的总功率要小于电站控制周期功率的变化，以及关注电网的具体计划和功率变化范围[3]。
（3）斜率控制方法。电站在通过斜率控制方法进行运行时，电站的功率控制系统会给出一个额定的斜率范围，电站每一个周期的功率变化都会在这个额定的功率范围内变化，电站的功率一定要稳定在这个范围，这样就能够保证电站能够进行最大效率的运作，这样也能保证电站的功率变化范围恒定[4]。
（4）差值方法。差值方法与其他的方法相比，这种方式相对较为简洁，其具体工作方式，就是在电站的最大功率上，取一个不变的差值，通过一定的计算，得到的这个功率就是实际功率，在这样的背景下，需要输出的功率事实上就是最大电功率最大值和设定的固定差值的差。
3.3 分配功率方案
将电站的总功率进行合理分配是为了能够让电站的下级设备能够按照安排好的功率来进行运作，而电站的上层控制设计好的分配法则来对电站的总功率进行分配给下级设备的过程[5]。电站的分配功率方案往往可以通过不同的方面来进行确定，分配方案的合理化直接会对电站功率输出效果产生影响，常见的有平均分配、按比例分配以及间隔分配等方案。
（1）按比例分配方案。电站大多是由许多光伏阵列联合组成的，虽然光伏阵列的容量大抵相同，但由于光伏阵列中的电池组件可能会有些许的差异，因此也导致了尽管在相同的环境之下，电能转化效果也有细微差别，在为了能够让电站的实现最大效率，在对电站功率的分配时，需要根据各个阵列的具体特征，按照电站等总发电功率和阵列的总发电功率来进行分配[6]。
（2）平均分配方案。在电站的实际建设过程中，这些规格大体相同的光伏阵列都是进行集中建设的，因此，这些阵列呈现集中化趋势，其受到的太阳能来源都基本相差不大，对于这种情况就可以使用到平均分配方案，这种方案的具体模式就是将电站的总功率进行平均分配，并且，去能够通过对个光伏阵列的最小单元设备进行合理的控制，从而对输出的功率进行控制[7]。
（3）间隔分配。间隔分配的分配方法主要是为了能够在一定程度上，对光伏电站的设备维护和更换的损耗等进行减小，这样的方式可以通过对各阵列的下级的设备的运行时间进行控制，从而一定程度上来延长下级设备的使用寿命，采用这种间隔分配方式可以通过对下级设备运行时间的管控，以此来实现光伏电站的功率的合理化分配[8]。
4 总结
实际上，在电站的具体运行过程中，如果能够对电站的有功功率进行合理的控制，那么会在很大的程度上减少输出功率不稳定的情况，这样就可以减少对电网稳定的影响，同时也会在一定程度上加强电网对光伏电站的包容性，但在实际的电站有功功率控制中不能只依据电网对于功率的要求，还要关注的电站对于能量的利用是否已然最大化，要考虑到稳定的控制了电站有功功率的同时，还能够对光伏发电站的发电效率有一定的提高，并且及经济效益也会提高，这可能是未来研究方向之一。
参考文献
[1] 王忆麟.光伏电站有功功率的控制技术研究[J].工程技术研究，2019，4（7）：84-85.
[2] 刘琳.光伏电站有功功率优化分配[J].热力发电，2015，44（11）：104-108.
[3] 戴丽媛，徐泰山，汪马翔，等.多源电网协调实时控制技术综述[J].电力科学与工程，2017，33（5）：16-23.
[4] 白凡，王宝华.光伏并网對低频振荡的影响与抑制[J].太阳能学报，2020，41（3）：255-261.
[5] 朱建国，董建庭.集中式光伏电站逆变器选型问题探讨[J].节能，2020，39（3）：26-28.
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[7] 马颖.电网侧AGC控制模式下光伏电站频率控制策略研究[J].电气应用，2018，37（21）：18-21.
[8] 马立凡，李永丽，常晓勇，等.光伏电站多逆变器有功功率协调分配策略[J].电源技术，2018，42（9）：1379-1382.
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