CN103944507A - 基于逆变器型式试验的光伏电站低电压穿越性能评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，包括步骤1：对光伏逆变器单机模型进行低电压穿越型式试验；依据型式试验的试验参数对并网光伏逆变器模型进行故障仿真，校验光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能；步骤2：构建光伏电站模型；步骤3：对光伏电站模型进行稳态潮流计算，分析光伏电站模型的稳态性能；步骤4：依据光伏电站低电压穿越性能标准校验光伏电站模型的低电压穿越性能。和现有技术相比，本发明提供的一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，在无法进行光伏电站整体低电压穿越测试及光伏发电单元测试无法有效开展的情况下，能够满足电网对大型光伏电站低电压穿越技术要求的评价需求。

Description

基于逆变器型式试验的光伏电站低电压穿越性能评价方法

技术领域

本发明涉及一种光伏电站性能评价方法，具体涉及一种光伏电站低压穿越性能评价方法。

背景技术

光伏发电已成为太阳能资源开发利用的重要形式，其中大型光伏电站的接入，将对电网的安全稳定运行产生深刻影响，特别是在电网故障时光伏电站的突然脱网会进一步恶化电网运行状态，带来更加严重的后果。当光伏电站渗透率较高或出力时，电网发生故障引起光伏电站跳闸，由于故障恢复后光伏电站重新并网需要时间，在此期间引起的功率缺额将导致相邻的光伏电站跳闸，从而引起大面积停电，影响电网安全稳定运行。因此亟待开展对光伏电站低电压穿越性能的检测，保障光伏电站接入后电网安全稳定运行。

当前光伏电站低电压穿越性能现场检测主要是对光伏发电单元进行低电压穿越现场测试，从而对光伏发电单元并网性能进行评价。然而现有技术中低电压穿越检测装置最大容量约为8MW，无法在光伏电站并网点处开展低穿测试；例如集中接入的规模化光伏电站，通常一个光伏发电单元容量就达到1MW，光伏电站容量普遍超过10MW，甚至达到100MW以上；常规的低电压穿越检测装置仅能够对光伏发电单元完成测试，无法在并网点处直接测试光伏电站低电压穿越性能，另外由于现场低电压穿越检测装置数量、地理环境限制，测试数据不易获取光伏发电单元低电压穿越性能测试不能有效开展，无法满足规模化光伏电站需求。综上，光伏电站低电压穿越性能评价难以通过现场测试直接开展，无法通过光伏发电单元进行光伏电站建模的低电压穿越性能评价。

因此提供一种通过建立准确的光伏电站模型，规避光伏发电现场测试，有效评价光伏电站低电压穿越性能的方法显得尤为重要。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，所述方法包括下述步骤：

步骤1：对光伏逆变器单机模型进行低电压穿越型式试验；依据所述低电压穿越型式试验的试验参数对并网光伏逆变器模型进行故障仿真，从而校验所述光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能；

步骤2：通过交流电网模型、变压器模型、线缆模型、无功补偿装置模型、电站功率控制装置模型以及符合校验指标的所述光伏逆变器单机模型构建光伏电站模型；

步骤3：对所述光伏电站模型进行稳态潮流计算，分析所述光伏电站模型的稳态性能；以及

步骤4：依据光伏电站低电压穿越性能标准校验所述光伏电站模型的低电压穿越性能。

优选的，所述低电压穿越型式试验中采用无源电抗器模拟电网电压跌落；所述电网电压的跌落点包括0％U_N跌落点、20％U_N跌落点以及分别至少有一个跌落点的跌落点区间20％～50％U_N、50％～75％U_N和75％～90％U_N；所述U_N为电网的额定电压；

优选的，所述低电压穿越型式试验的故障类型包括光伏电站主变压器高压侧三相对称故障、两相不对称故障和单相不对称故障；所述步骤1中依据与所述低电压穿越型式试验的实测数据x_M时序同步的仿真数据x_S校验所述光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能；

优选的，所述实测数据x_M和所述仿真数据x_S均包括有功功率、无功功率和无功电流；所述光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能的校验指标包括实测数据x_M与仿真数据x_S的静态均值偏差、暂态均值偏差、静态最大偏差和加权平均偏差；

所述静态均值偏差为静态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的平均误差值；所述暂态均值偏差为暂态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的平均误差值；所述静态最大偏差为静态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的最大误差值；所述加权平均偏差为故障区间内平均误差加权值，所述故障区间包括故障前区间、故障中区间和故障后区间；

优选的，所述光伏电站低电压穿越性能标准符合GB/T19964-2012技术要求，包括有功功率恢复速率、无功电流响应时间和无功电流注入有效值。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，通过构建准确的光伏电站模型，规避光伏发电现场测试，同时不包含逆变器并联及升压变的逆变器单机模型能够更精确反映光伏逆变器的暂态过程；

2、本发明技术方案中，采用符合GB/T19964-2012技术要求的光伏电站低电压穿越性能标准，以准确的光伏电站模型为基础，能够有效评价光伏电站低电压穿越性能；

3、本发明技术方案中，在GB/T19964-2012技术要求基础上提出了更详细的有功功率恢复速率评价方法，即设定不考虑有功功率恢复速率的评价条件，从而能够更准确地评价光伏电站低电压穿越过程中有功功率恢复性能；

4、本发明技术方案中，采用经过型式试验验证的光伏逆变器单机模型建立的光伏电站模型更准确，能够有效评价光伏电站低电压穿越性能指标；

5、本发明提供的一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，在无法进行光伏电站整体低电压穿越测试、光伏发电单元测试无法有效开展的情况下，利用现有光伏逆变器单机型式试验测试数据，实现并网规模化光伏电站低电压穿越暂态性能评价，满足了电网对大型光伏电站低电压穿越技术要求的评价需求。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法流程图；

图2是：本发明实施例中电压跌落发生装置连接图；

图3是：本发明实施例中光伏逆变器单机模型的故障仿真区间划分示意图；

图4是：本发明实施例中基于光伏逆变器单机模型的光伏电站模型结构图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，该方法依据光伏电站电气接线图建立光伏电站模型，获取故障仿真数据，从而对光伏电站低压穿越性能进行评价；其中，光伏电站模型采用经过型式试验数据验证的光伏逆变器单机模型，保证光伏电站模型准确性。如图1所示所述方法具体步骤为：

步骤1：①，对光伏逆变器单机模型进行低电压穿越型式试验；

如图2所示电压跌落发生装置设置在光伏电站主变压器高压侧，电压跌落发生装置采用无源电抗器模拟电网电压跌落；

低电压穿越型式试验的试验参数包括直流母线电压、直流母线电流、三相交流电压、三相交流电流、电网电压的跌落点和故障类型；

电网电压的跌落点包括0％U_N跌落点、20％U_N跌落点以及分别至少有一个跌落点的跌落点区间20％～50％U_N、50％～75％U_N和75％～90％U_N，U_N为电网电压的额定电压；数据采集装置的采样率最低值为10kHz；故障类型包括光伏电站主变压器高压侧的三相对称故障、两相不对称故障和单相不对称故障；

本实施例中电网电压跌落点为额定电压U_N的0+5％、20％±5％、40％±5％、60％±5％、80％±5％和90％-5％，上述跌落点对应的电压跌落持续时间依次为0.15s、0.625s、1.02s、1.41s、1.8s、2s；检测工况为0.1Pn～0.3Pn和≥0.7Pn。

②，依据上述试验参数对并网光伏逆变器模型进行故障仿真，从而校验光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能；

依据光伏逆变器控制策略建立并网光伏逆变器模型，具备电流电压控制、并网保护等模型，可实现低电压穿越、无功电流支撑能力，与型式试验的试验参数保持一致，为确保型式试验测试与故障仿真的可比性，依据与低电压穿越型式试验的实测数据x_M时序同步的仿真数据x_S校验光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能；实测数据x_M和仿真数据x_S均包括有功功率、无功功率和无功电流。

③：将光伏逆变器单机模型的故障仿真区间划分为故障前A、故障中B和故障后C三个阶段，如图3所示；为了更精确分析光伏逆变器单机模型在不同故障区间内的误差，将每个故障区间划分暂态区间和稳态区间，从而更准确地评价光伏逆变器单机模型。

光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能的校验指标包括实测数据x_M与仿真数据x_S的静态均值偏差、暂态均值偏差、静态最大偏差和加权平均偏差；静态均值偏差为静态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的平均误差值；暂态均值偏差为暂态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的平均误差值；静态最大偏差为静态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的最大误差值；加权平均偏差为所有故障区间内平均误差加权值，故障区间包括故障前区间A、故障中区间B和故障后区间C。依据故障前A、故障中B和故障后C持续时间不同得到各区间段的权重系数，计算有功功率、无功功率和无功电流的上述校验指标值；

均值偏差计算公式为， $F=|\frac{1}{K_{M\_\mathrm{End}}-K_{M\_\mathrm{Begin}}}\underset{i=K_{M\_\mathrm{Begin}}}{\overset{K_{M\_\mathrm{End}}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_M\left(i\right)-\frac{1}{K_{S\_\mathrm{End}}-K_{S\_\mathrm{Begin}}}\underset{i=K_{S\_\mathrm{Begin}}}{\overset{K_{S\_\mathrm{End}}}{\mathrm{\Σ}}}{x}_S\left(i\right)|;$ 其中，K_{M_Begin}和K_{M_End}分别为实测数据x_M的开始时间和结束时间，K_{S_Begin}和K_{S_End}分别为仿真数据x_S的开始时间和结束时间；

最大偏差计算公式为 $F^{\′}=\underset{i=k_{\mathrm{Begin},...,k_{\mathrm{End}}}}{\max }\left\{\right|x_M\left(i\right)-x_S\left(i\right)\left|\right\};$ 其中K_Begin为时序同步的实测数据x_M与仿真数据x_S的开始时间，K_End为时序同步的实测数据x_M与仿真数据x_S的结束时间，本实施例中开始时间K_Begin为从电压跌落前10s，结束时间K_End为电压恢复正常后6s，必要情况下采取插值或抽取方式保持时间基准一致；

加权平均偏差计算公式为F_G＝0.1F_A+0.6F_B+0.3F_C；其中F_A、F_B、F_C分别为故障前区间A、故障中区间B和故障后区间C内的均值误差。

有功功率、无功功率和无功电流的校验指标值阈值如下表所示：

电气参数	F1	F2	F3	FG
					有功功率，ΔP/PN	0.10	0.20	0.15	0.15
无功功率，ΔQ/PN	0.07	0.20	0.10	0.15
					无功电流，ΔIr/IN	0.07	0.20	0.10	0.15

其中，F₁为静态均值偏差；F₂为暂态均值偏差；F₃为静态最大偏差；F_G为加权平均偏差。若实测数据x_M和仿真数据x_S均值偏差均在阈值范围内，则认为光伏逆变器单机模型具备良好模拟实体单机低电压穿越的功能。

步骤2：通过交流电网模型、变压器模型、线缆模型、无功补偿装置模型、电站功率控制装置模型以及符合校验指标的光伏逆变器单机模型构建光伏电站模型，如图4所示；

①：光伏逆变器单机模型的型号包括适用于光伏电站实际应用中的全部型号的光伏逆变器单机模型；

②：交流电网模型需确定两项参数：电网电压U_G和电网阻抗Z_G，U_G为光伏发电系统升压变压器高压侧电压，Z_G需计算电网侧并网点至短路点的短路阻抗值；

③：变压器模型采用T型等效电路，忽略铁损，设置参数包括额定输入电压，额定输出电压，结联方式，短路电压百分值、原边线圈电阻、原边线圈漏抗、副边线圈电阻、副边线圈漏抗、额定频率下的互抗、线圈匝比和变压器分接头等；

④：线缆模型设置参数包括单位长度电抗、单位长度电阻、单位长度导纳和线缆长度等；

⑤：无功补偿装置模型设置参数包括光伏电站无功功率设定值、位移因数设定值和Q/U曲线设定值等；

⑥：电站功率控制装置模型设置参数包括光伏电站额定有功/无功功率，有功/无功控制模式选择，控制光伏逆变器或光伏发电单元及无功补偿装置的数量，有功/无功控制响应时间和通信延迟等。

步骤3：对光伏电站模型进行稳态潮流计算，分析光伏电站模型的稳态性能；在光伏电站主变压器高压侧设置短路故障，故障类型与步骤1中的型式试验的故障类型相同，记录并网点基波正序电压、有功功率、无功功率、无功电流等数据。

步骤4：依据光伏电站低电压穿越性能标准校验光伏电站模型的低电压穿越性能；

本实施例中的光伏电站低电压穿越性能标准符合GB/T19964-2012技术要求，包括有功功率恢复速率、无功电流响应时间和无功电流注入有效值；

①：有功功率恢复速率的技术要求：

自故障清除时刻开始，以至少30％额定功率/秒的功率变化率恢复至正常发电状态；

按照功率变化率算法，从电压跌落起始时刻至恢复正常发电状态，计算有功功率仿真数据的恢复速率，与上述标准参考值比对；

其中，存在以下情况可不考虑有功功率恢复速率：

a、电网电压跌落过程中有功功率无明显变化，导致有功功率变化绝对值很小，由于跌落前后有功功率变化不大，认定光伏电站具备快速恢复至正常发电状态的能力；

b、有功功率恢复至正常发电状态的有功功率值的时间很短，则不需要计算有功功率变化率；例如在0.1s内恢复至正常发电状态，认定光伏电站具备快速恢复至正常发电状态的能力；

c、从电压跌落起始时刻至恢复正常发电状态的有功功率曲线的斜率满足标准参考值要求，但恢复正常发电状态后有功功率出现小幅波动，则可以忽略该小幅波动，认定光伏电站具备快速恢复至正常发电状态的能力。

②：无功电流响应时间的技术要求：

当电力系统发生短路故障引起电网电压跌落时，光伏电站注入电网的动态无功电流应满足：自并网点电压跌落的时刻起，动态无功电流的响应时间不大于30ms；

按照无功电流响应时间算法，无功电流达到标准参考值的90％时，认为动态无功电流已作出响应，计算从电压跌落起至无功电流作出响应的时间，与标准参考值比对。

③：无功电流注入有效值的技术要求：

自动态无功电流响应起直到电网电压恢复至0.9pu期间，光伏电站注入电力系统的无功电流I_T应实时跟踪并网点电压变化，并应满足： $\left\{\begin{array}{c}{I}_T\&GreaterEqual;1.5\&times;(0.9-U_T),0.2\&le;U_T\&le;0.9\\ I_T\&GreaterEqual;1.5\&times;I_N,U_T<0.2\\ I_T=0,U_T>0.9\end{array}\right.,$ 其中，U_T为光伏电站并网点电压标幺值，I_N为光伏电站额定电流；

按照无功电流注入有效值算法，计算无功电流有效值的平均值，与标准参考值比对。

按照上述方法在光伏电站并网点处开展不同工况下各跌落点低电压穿越测试，完成光伏电站低电压穿越性能评价工作。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

步骤1：对光伏逆变器单机模型进行低电压穿越型式试验；依据所述低电压穿越型式试验的试验参数对并网光伏逆变器模型进行故障仿真，从而校验所述光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能；

步骤2：通过交流电网模型、变压器模型、线缆模型、无功补偿装置模型、电站功率控制装置模型以及符合校验指标的所述光伏逆变器单机模型构建光伏电站模型；

步骤3：对所述光伏电站模型进行稳态潮流计算，分析所述光伏电站模型的稳态性能；以及

步骤4：依据光伏电站低电压穿越性能标准校验所述光伏电站模型的低电压穿越性能。

2.如权利要求1所述的一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，其特征在于，所述低电压穿越型式试验中采用无源电抗器模拟电网电压跌落；所述电网电压的跌落点包括0％U_N跌落点、20％U_N跌落点以及分别至少有一个跌落点的跌落点区间20％～50％U_N、50％～75％U_N和75％～90％U_N；所述U_N为电网的额定电压。

3.如权利要求1所述的一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，其特征在于，所述低电压穿越型式试验的故障类型包括光伏电站主变压器高压侧三相对称故障、两相不对称故障和单相不对称故障；所述步骤1中依据与所述低电压穿越型式试验的实测数据x_M时序同步的仿真数据x_S校验所述光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能。

4.如权利要求3所述的一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，其特征在于，所述实测数据x_M和所述仿真数据x_S均包括有功功率、无功功率和无功电流；所述光伏逆变器单机模型的低电压穿越性能的校验指标包括实测数据x_M与仿真数据x_S的静态均值偏差、暂态均值偏差、静态最大偏差和加权平均偏差；

所述静态均值偏差为静态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的平均误差值；所述暂态均值偏差为暂态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的平均误差值；所述静态最大偏差为静态范围内实测数据x_M与仿真数据x_S的最大误差值；所述加权平均偏差为故障区间内平均误差加权值，所述故障区间包括故障前区间、故障中区间和故障后区间。

5.如权利要求1所述的一种基于逆变器型式试验的光伏电站低压穿越性能评价方法，其特征在于，所述光伏电站低电压穿越性能标准符合GB/T19964-2012技术要求，包括有功功率恢复速率、无功电流响应时间和无功电流注入有效值。