[发明专利]一种适用于安全稳定分析的大型光伏电站在线等值建模方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统及其自动化技术领域，更准确地说，本发明涉及一种适用于安全稳定分析的大型光伏电站在线等值建模方法。

背景技术

我国采用“集中开发、高压送出”模式开发的大型光伏电站多集中在西北、华北等日照资源丰富的荒漠/半荒漠地区，这些地区一般地域范围广而本地负荷小，光伏电站的电力需要进行远距离输送。随着光伏电站数量和规模的不断加大，当光伏发电处于场站侧发生诸如云层生消等动态变化和/或电网侧发生故障等非正常运行状态时，光伏电站与电网之间复杂的交互影响关系，给光伏并网的安全稳定分析带来了新的挑战。不同于传统常规电源（其稳态、暂态模型相对固定，可以通过离线建模，在线应用的方式进行系统分析评估），新能源发电更需要及时准确的建模以满足接入电网的安全稳定分析要求。因此，开展适应大型光伏发电并网安全稳定分析的建模方法研究，为光伏电站接入系统规划和并网安全稳定运行分析提供基础理论和方法支持，具有十分重要的意义。

作为光伏电站接入电网运行分析研究的主要手段，数字仿真技术对于分析光伏发电并网后系统的安全稳定特性，解决光伏发电系统并网运行所涉及的理论和技术问题，提供了必要的工具。目前，国内外在光伏发电系统建模方面的研究，主要集中在电池组件模型方面，如在光伏电池的IV特性建模、蓄电池的建模、光伏逆变器的建模、光伏跟踪系统的建模、光伏系统最大功率跟踪技术的建模等等。国内在光伏发电并网模型方面，尚无实质性的成果。现有的对光伏发电系统接入电网问题的研究，大部分都是基于分布式发电系统而开展的。大规模风电、光伏等新能源发电并网对电网安全稳定调度运行控制带来的挑战，核心问题在于如何及时、准确地建立新能源发电并网仿真模型。

并网光伏发电系统的等值建模研究的另外一个重点部分是如何将光伏阵列的输出特性通过逆变器及其控制策略与电力系统分析仿真计算相结合，建立光伏发电并网仿真模型，一是含并网光伏发电系统的电力系统稳态分析，将光伏阵列和逆变器等组件模型结合，采取受控源或者简化等值电路形式来模拟逆变器并网控制，进行整体系统建模；另一是含并网光伏发电系统的电力系统暂态分析，以逆变器为核心，具体体现逆变器的并网波形控制与最大功率跟踪控制，通过对逆变器两侧元件按照拓扑结构的要求简化等值模拟并网光伏发电系统，主要用于发电站侧和电网侧动态扰动下并网系统的安全稳定分析。

大型光伏电站是由多个并网光伏发电系统并联而成，当前对于大型光伏电站的建模的研究与应用较少。光伏发电系统主要由光伏阵列、逆变器和控制器组成。光伏阵列将太阳光照能量转化为电能，经逆变器注入电网，控制器控制光伏阵列的最大功率点跟踪，控制逆变器并网电流的波形，使向电网转送的功率与光伏阵列所发的最大功率电能相平衡。通常，最大功率跟踪控制器、并网波形控制器和并网保护控制器等和逆变器集成在一起。目前，对于并网光伏电站的等值建模研究，也大致基于光伏阵列和逆变器这两部分构成并网光伏发电系统模型，再将并网光伏发电系统并联组成光伏电站。

然而，对于大型光伏电站，如果将多个光伏发电系统模型不进行等值处理，分别与接入电网联合建立详细的光伏电站模型，将对光伏电站接入后电网的在线安全稳定分析增加较大的计算量，严重影响在线安全稳定分析的计算效率。

未来大规模、高渗透率新能源发电的间歇性、波动性必将使得传统的、至今仍是工程应用主要方式的“离线计算、在线匹配”的电力系统安全稳定控制方式不再适应，必需实施“在线计算，实时匹配”的在线控制方式：在5-10分钟的时间周期内，基于在线系统模型，即反映计算时刻系统运行状态的电源、电网、负荷等模型，进行快速电网安全稳定分析计算，评估电网安全稳定特性和制定相应的运行调度及控制策略。