[發(fā)明專利]一種適用于安全穩(wěn)定分析的大型光伏電站在線等值建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410054939.6
• 申請(qǐng)日: 2014-02-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103973203A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李兆偉;崔曉丹;李威;李碧君;方勇杰;孟昭軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;國(guó)電南瑞科技股份有限公司;南京南瑞集團(tuán)公司;國(guó)網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): H02S10/00
• 分類(lèi)號(hào): H02S10/00;G06F19/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種適用于安全穩(wěn)定分析的大型光伏電站在線等值建模方法。

背景技術(shù)

我國(guó)采用“集中開(kāi)發(fā)、高壓送出”模式開(kāi)發(fā)的大型光伏電站多集中在西北、華北等日照資源豐富的荒漠/半荒漠地區(qū)，這些地區(qū)一般地域范圍廣而本地負(fù)荷小，光伏電站的電力需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送。隨著光伏電站數(shù)量和規(guī)模的不斷加大，當(dāng)光伏發(fā)電處于場(chǎng)站側(cè)發(fā)生諸如云層生消等動(dòng)態(tài)變化和/或電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障等非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，光伏電站與電網(wǎng)之間復(fù)雜的交互影響關(guān)系，給光伏并網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。不同于傳統(tǒng)常規(guī)電源（其穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)模型相對(duì)固定，可以通過(guò)離線建模，在線應(yīng)用的方式進(jìn)行系統(tǒng)分析評(píng)估），新能源發(fā)電更需要及時(shí)準(zhǔn)確的建模以滿足接入電網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析要求。因此，開(kāi)展適應(yīng)大型光伏發(fā)電并網(wǎng)安全穩(wěn)定分析的建模方法研究，為光伏電站接入系統(tǒng)規(guī)劃和并網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行分析提供基礎(chǔ)理論和方法支持，具有十分重要的意義。

作為光伏電站接入電網(wǎng)運(yùn)行分析研究的主要手段，數(shù)字仿真技術(shù)對(duì)于分析光伏發(fā)電并網(wǎng)后系統(tǒng)的安全穩(wěn)定特性，解決光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行所涉及的理論和技術(shù)問(wèn)題，提供了必要的工具。目前，國(guó)內(nèi)外在光伏發(fā)電系統(tǒng)建模方面的研究，主要集中在電池組件模型方面，如在光伏電池的IV特性建模、蓄電池的建模、光伏逆變器的建模、光伏跟蹤系統(tǒng)的建模、光伏系統(tǒng)最大功率跟蹤技術(shù)的建模等等。國(guó)內(nèi)在光伏發(fā)電并網(wǎng)模型方面，尚無(wú)實(shí)質(zhì)性的成果。現(xiàn)有的對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)問(wèn)題的研究，大部分都是基于分布式發(fā)電系統(tǒng)而開(kāi)展的。大規(guī)模風(fēng)電、光伏等新能源發(fā)電并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定調(diào)度運(yùn)行控制帶來(lái)的挑戰(zhàn)，核心問(wèn)題在于如何及時(shí)、準(zhǔn)確地建立新能源發(fā)電并網(wǎng)仿真模型。

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的等值建模研究的另外一個(gè)重點(diǎn)部分是如何將光伏陣列的輸出特性通過(guò)逆變器及其控制策略與電力系統(tǒng)分析仿真計(jì)算相結(jié)合，建立光伏發(fā)電并網(wǎng)仿真模型，一是含并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析，將光伏陣列和逆變器等組件模型結(jié)合，采取受控源或者簡(jiǎn)化等值電路形式來(lái)模擬逆變器并網(wǎng)控制，進(jìn)行整體系統(tǒng)建模；另一是含并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的電力系統(tǒng)暫態(tài)分析，以逆變器為核心，具體體現(xiàn)逆變器的并網(wǎng)波形控制與最大功率跟蹤控制，通過(guò)對(duì)逆變器兩側(cè)元件按照拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的要求簡(jiǎn)化等值模擬并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，主要用于發(fā)電站側(cè)和電網(wǎng)側(cè)動(dòng)態(tài)擾動(dòng)下并網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定分析。

大型光伏電站是由多個(gè)并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)而成，當(dāng)前對(duì)于大型光伏電站的建模的研究與應(yīng)用較少。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由光伏陣列、逆變器和控制器組成。光伏陣列將太陽(yáng)光照能量轉(zhuǎn)化為電能，經(jīng)逆變器注入電網(wǎng)，控制器控制光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤，控制逆變器并網(wǎng)電流的波形，使向電網(wǎng)轉(zhuǎn)送的功率與光伏陣列所發(fā)的最大功率電能相平衡。通常，最大功率跟蹤控制器、并網(wǎng)波形控制器和并網(wǎng)保護(hù)控制器等和逆變器集成在一起。目前，對(duì)于并網(wǎng)光伏電站的等值建模研究，也大致基于光伏陣列和逆變器這兩部分構(gòu)成并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，再將并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)并聯(lián)組成光伏電站。

然而，對(duì)于大型光伏電站，如果將多個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)模型不進(jìn)行等值處理，分別與接入電網(wǎng)聯(lián)合建立詳細(xì)的光伏電站模型，將對(duì)光伏電站接入后電網(wǎng)的在線安全穩(wěn)定分析增加較大的計(jì)算量，嚴(yán)重影響在線安全穩(wěn)定分析的計(jì)算效率。

未來(lái)大規(guī)模、高滲透率新能源發(fā)電的間歇性、波動(dòng)性必將使得傳統(tǒng)的、至今仍是工程應(yīng)用主要方式的“離線計(jì)算、在線匹配”的電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制方式不再適應(yīng)，必需實(shí)施“在線計(jì)算，實(shí)時(shí)匹配”的在線控制方式：在5-10分鐘的時(shí)間周期內(nèi)，基于在線系統(tǒng)模型，即反映計(jì)算時(shí)刻系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的電源、電網(wǎng)、負(fù)荷等模型，進(jìn)行快速電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析計(jì)算，評(píng)估電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性和制定相應(yīng)的運(yùn)行調(diào)度及控制策略。