基于组播与串口广播的光伏功率群控系统应用

基于组播与串口广播的光伏功率

群控系统应用

沈志广，孔波利，李现伟，丁钊

(许继电气股份有限公司，河南许昌461000)

摘要：针对光伏电站单点控制系统处理时间长的问题，提出了U D P组播与串口

广播协同工作的单对多群控系统设计方案。先建立群控系统的调节模型，由调节算法 计算目标值，并通过U D P协议进行全站组播，转换装置对组播数据进行实时解析、处 理、转换。通过串口广播地址，进行串口数据广播、调节不同类型的逆变器，达到整个光 伏电站的有功功率或无功功率的调节。以某1〇〇M W光伏电站为背景，配置光伏组播 群控系统，调节系统数据响应与处理时间达到光伏电站不配无功补偿装置的标准，有 极高的工程实用价值，算例验证了所述方法的有效性。

关键词：U D P组播；串口广播；功率调节；群控；光伏电站

中图分类号：TM615 + .2文献标志码：A文章编号：2095-8188(2016)11-0040-05

D O I：10. 16628/j. cnki. 2095-8188. 2016.11.007沈志广（1982—），男，工程师，主要从 事电力系统中微电 网与光伏发电技术 研究与开发工作。

PV Station Power Group Control System Application

Based on Multicast and Serial Broadcast

SHEN Zhiguang, KONG Boli, LI Xianwei，DING Zhao

(XJ Electric Co.，Ltd”Xuchang 461000，China)

Abstract：In order to solve the long processing time problem of PV station unicast group control system，a single to multi group control system design scheme based on UDP multicast technolog}^ and serial broadcast collaborative work was proposed. First, establish a regulation model of the group control system by regulations algorithm to calculate target value,then multicast through UDP protocol in total station,conversion device receives multicast data to be real-tim e analyzed, processed and converted. Serial data is broadcasted by defining serial broadcast address to adjust the different types of inverters, adjusting active or reactive power of the whole PV station. The system has been successfully used and validated in a 100 MW photovoltaic power plant with power conditioning system. This system can improve power conditioning system. The data response and processing time achieved the standard of the photovoltaic power plan which is not configured with reactive power compensation device, having veiy high practical value. The calculation example verifies the effectiveness of the method.

Key words ：UDP multicast ；searial broadcast ；power conditioner system ；group control ；photovoltaic power station

〇引言

近年来，随着能源的相对紧缺，光伏电站应用 越来越广泛[1]。光伏发电具有自身特点，一方面 光伏发电本身就具有一定的间歇性和波动性，光伏发电并网运行会影响电力系统的安全稳定运 行;另一方面逆变器数量多，布局分散，采用传统 控制系统进行无功功率和有功功率的控制会给整 个电力系统带来很大的不稳定性[25]。因此，对 整个光伏电站的有功功率和无功功率的快速控制

孔波利（1978—)，男，工程师，主要从事分布式发电及微电网系统研究。

李现伟（1984—），男，工程师，主要从事电力系统中微电网与光伏发电技术研究与开发工作。

成为电网的调度部门和电站的运维人员一个比较 关注的问题。

目前，光伏电站对分布在就地层设备的功率 调节先经过以太网TCP/IP连接以点对点的形式 逐个控制[6]，每条调节控制命令再转到现地网关 或交换设备，通过串口设备逐个下发到每台逆变 器，然后对命令进行下发成功验证。调节时间较 长、响应较慢，对电网的稳定性造成一定影响。

本文提出一种快速稳定的光伏电站群控系统 设计方案。采用单点对多点的数据传输控制机 制，传输以太网数据采用IP组播技术，传输串口 数据采用串口地址广播技术。这种通过UDP组 播与串口广播的光伏电站群控系统的设计方案，在光伏电站功率调节系统中已得到验证，具有广 泛的工程应用价值。

1单播控制系统

光伏电站功率调节系统基本是在原有的火电 与水电发展过来，电站对有功功率和无功功率的 调节与火电与水电发电系统的功率调节相同，采 用单播的控制系统模式，也就是点对点控制方式。但对于光伏电站，功率输出不是几台发电设备单 独完成，而是由上几百台，上千台，甚至上万台发 电设备共同完成。

以一个100 M W的光伏电站为例，若配置 250 kW逆变器，需要400台逆变器；若配置500 kW逆变器，需要200台逆变器。每台逆变器 都进行功率输出，要保证发电并网点的波动性最 小，因此所有逆变器都要参与调节。光伏电站的 单播控制系统都是采用TCP/IP形式，相关的应 用层协议以IEC104协议、IEC61850、TCP Modbus为主，以太网TCP连接控制方式以单点对 单点的形式，功率群控系统进行光伏电站功率调 节，需要逐个发送200〜400条控制命令，每条命 令先经过转换网关，由网关转换成串口应用协议 的指定装置地址，最后由串口下发给指定的逆变 器，然后返回串口命令确认帧，转换应用层协议的 确认帧，才能执行下一条调节命令，执行所有站逆 变器的调节，完成整个电站的调节需1〜2min。单 播控制系统结构如图1所示。

随着光伏容量的增加，逆变器的个数会增加，单播控制系统中功率调节需要发送的命令条数也

图1单播控制系统结构图

会增加，从而增加了整个光伏电站功率调节系统 的调节时间。若光伏电站采用组串式逆变器（以50 kW为主），逆变器数量比较大，要进行整个光 伏电站的功率调节，完成整个功率调节的时间更 长，定会影响电网的稳定性。

2单对多群控系统构成

2.1系统结构设计

整个单对多的群控系统设计由以下几部分组 成:组播结构设计、模型构建、功率调节、转发通道 设计、串口广播。首先构建系统模型，调节算法根 据模型计算目标值，采用U D P组播的方式传输数 据，经过网关实时转换，最后采用定义的指定串口 广播地址的形式。

U D P组播源把数据包发送到特定组播组，只有属于该组播组的地址才能接收到数据包[7_8]。组播可以大大地节省网络带宽，因为无论有多少 个目标地址，在整个网络的任何一条链路上只传 送单一的数据包[9_1()]。

串口广播首先进行公共的装置定义，如定义 装置地址:〇XFF为广播地址，所有收到此地址的 逆变器装置通过对数据的解析，执行相应的操作。目前光伏电站每个逆变单元的通信采用的RS _ 485总线，每条总线有不同的装置地址，每个逆变 器在串口总线上。

光伏电站通过定义组播的IP地址组，电站中 每个网关下相关的U D P组播应用程序模块加入该 组，电站的功率调节系统发出调节命令，发到整个 光伏电站的每个网关，所有的网关收到相关的该组 的命令，进行处理与解析。以太网的数据交给每个 串口模块，由串口模块进行数据的转换，通过定义 装置地址使每个逆变器收到此地址的命令，统一执 行，调节相应的逆变器输出功率，调节系统不处理