CN104978481A - 一种光伏电站机电暂态模型的实测建模方法 - Google Patents

Abstract

一种光伏电站机电暂态模型的实测建模方法，包括：基于光伏电站的物理设备及其拓扑联机设备，进行简化并抽象提取计算模型；通过动态测试获取所述计算模型中的各项模型参数，构建最终模型。与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点：本发明解决了光伏电站缺乏与实际相符的计算模型参数问题，可以有效提高机电暂态程序在计算光伏电站特性时精度，为电网的安全稳定运行提供有力支撑。

Description

一种光伏电站机电暂态模型的实测建模方法

技术领域

本发明属于光伏发电技术领域，尤其是涉及一种光伏电站机电暂态模型的实测建模方法。

背景技术

随着能源资源紧缺、气候环境恶化问题日益突出，在除水电外可再生能源发电中光伏发电因成本较低和技术最成熟而得到迅猛发展。太阳能等可再生能源的大规模应用，必然会带来很多的问题。对于这些问题，光伏电站还没有相应的模型进行处理，这非常不利于光伏发电的发展。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种光伏电站机电暂态模型的实测建模方法，以解决现有技术中缺少处理光伏电站的模型的问题。

在一些说明性实施例中，所述光伏电站机电暂态模型的实测建模方法，包括：基于光伏电站的物理设备及其拓扑联机设备，进行简化并抽象提取计算模型；通过动态测试获取所述计算模型中的各项模型参数，构建最终模型。

与现有技术相比，本发明的说明性实施例包括以下优点：

本发明解决了光伏电站缺乏与实际相符的计算模型参数问题，可以有效提高机电暂态程序在计算光伏电站特性时精度，为电网的安全稳定运行提供有力支撑。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是按照本发明的说明性实施例的流程图；

图2是按照本发明的说明性实施例的单级式并网光伏电站的整体模型；

图3按照本发明的说明性实施例的光伏阵列模型；

图4按照本发明的说明性实施例的并网逆变器的模型；

图5按照本发明的说明性实施例的并网逆变器的模型。

具体实施方式

在以下详细描述中，提出大量特定细节，以便于提供对本发明的透彻理解。但是，本领域的技术人员会理解，即使没有这些特定细节也可实施本发明。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免影响对本发明的理解。

如图1所示，公开了一种光伏电站机电暂态模型的实测建模方法，包括：

S11、基于光伏电站的物理设备及其拓扑联机设备，进行简化并抽象提取计算模型；

S12、通过动态测试获取所述计算模型中的各项模型参数，构建最终模型。

本发明解决了光伏电站缺乏与实际相符的计算模型参数问题，可以有效提高机电暂态程序在计算光伏电站特性时精度，为电网的安全稳定运行提供有力支撑。

在一些说明性实施例中，所述基于光伏电站的物理设备及其拓扑联机设备，进行简化并抽象提取计算模型，具体包括：

输入所述光伏电站的光伏电池组件、逆变器和无功补偿设备的物理结构及设计参数，形成初始模型。

在一些说明性实施例中，所述通过动态测试获取所述计算模型中的各项模型参数，构建最终模型，具体包括：

根据形成的初始模型中的模型参数进行辨识，对其中可辨识性高的模型参数进行实测辨识，对其中可辨性低的模型参数进行拟合辨识；

通过所述实测辨识和所述拟合辨识获取所述初始模型中的各项模型参数，形成所述最终模型。

在一些说明性实施例中，所述根据形成的初始模型中的模型参数进行辨识，对其中可辨识性高的模型参数进行实测辨识，对其中可辨性低的模型参数进行拟合辨识的过程中包括：

对所述光伏电池组件的模型中的光照强度与电压电流输出特性、直流电 压与输出电流特性环节进行试验实测，并根据实测数据对光伏电池组件的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流进行辨识。

在一些说明性实施例中，所述根据形成的初始模型中的模型参数进行辨识，对其中可辨识性高的模型参数进行实测辨识，对其中可辨性低的模型参数进行拟合辨识的过程中还包括：

对所述逆变器的模型中的有功测量时间、有功外环超前时间常数、有功外环滞后时间常数、有功外环比例放大倍数、积分倍数、延迟时间常数进行静态试验实测，并根据实测数据对逆变器的模型参数中的有功测量时间、有功外环超前时间常数、有功外环滞后时间常数、有功外环比例放大倍数、积分倍数、延迟时间常数进行参数辨识。

在一些说明性实施例中，所述根据形成的初始模型中的模型参数进行辨识，对其中可辨识性高的模型参数进行实测辨识，对其中可辨性低的模型参数进行拟合辨识的过程中还包括：

根据无功补偿设备的类型进行模型参数的动态试验实测，并根据实测数据对无功补偿设备的电流内环、电压外环等模型参数进行辨识。

在一些说明性实施例中，还包括：

获取所述最终模型的实测结果和仿真结果，并根据所述实测结果和仿真结果校核所述最终模型的模型参数精度是否满足当前电力系统分析需求。

在一些说明性实施例中，在所述根据无功补偿设备的类型进行模型参数的动态试验实测，并根据实测数据对无功补偿设备的电流内环、电压外环等模型参数进行辨识的过程中，还包括：

进行光伏电站的无功补偿设备投入/退出扰动试验，测试数据作为判断模型参数精度是否满足当前电力系统分析需求的依据。

在一些说明性实施例中，还包括：构建光伏电站仿真算例，结合所述实测结果进行仿真计算，在计算结果满足一定的误差标准判定为满足当前电力系统分析需求。

在一些说明性实施例中，在计算结果不满足一定的误差标准判定为不满 足当前电力系统分析需求时，对每个所述实测结果，依照各自的误差进行调整，直至满足误差标准。

在此基于上述说明性实施例，提供一个具体实施例，流程包括：

步骤101：输入光伏电站的光伏电池组件、逆变器和无功补偿设备的物理结构和设计参数，形成光伏电站初始模型；

步骤102：根据光伏电站初始模型，分析其模型参数的可辨识性，对可辨性高的参数进行实测辨识，对可辨性低的参数进行拟合辨识；

步骤103：对光伏电池组件的模型中的光照强度与电压电流输出特性，直流电压与输出电流特性等环节进行试验实测；

步骤104：根据实测数据对电池组件开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流等参数进行辨识；

步骤105：对逆变器的模型参数中的有功测量时间、有功外环超前时间常数、有功外环滞后时间常数、有功外环比例放大倍数、积分倍数、延迟时间常数进行静态试验实测；

步骤106：对实测数据对逆变器的模型参数中的有功测量时间、有功外环超前时间常数、有功外环滞后时间常数、有功外环比例放大倍数、积分倍数、延迟时间常数进行参数辨识；其中，在所述步骤106中，考虑到现场试验的特殊性，进行电压外环控制指令阶跃试验。

步骤107：根据无功补偿设备的类型进行模型参数的动态试验实测；

步骤108：根据实测数据对无功补偿设备的电流内环、电压外环等模型参数进行辨识；

步骤109：进行光伏电站的无功补偿设备投入/退出扰动试验，测试数据作为判断建模精度是否合格的依据；

步骤110：组合104、106和108的结果，形成完整的光伏电站模型参数；

步骤111：建立光伏电站仿真算例，对110的实测数据进行仿真计算，计算结果满足一定的误差标准即为合格，如果不满足，则返回103，以110 实测数据依次检查104、106和108各自结果的误差，并做相应修改，直至满足误差标准；

步骤112：汇总模型参数辨识结果，并且保存相关计算校核中间过程。

在此对本发明中的说明性实施例中的各计算模型及模型参数进行详细说明：

在单级式并网光伏电站中，其整体模型如图2所示，该模型拓扑结构也是我国大型集中并网式光伏电站的主要结构，包括：光伏阵列模块PV、并网逆变器模块DC/AC、电网Grid，以及电容C和电感L。

进一步的，光伏阵列模型如图3所示，该模型中，日照强度由两部分组成，一部分为由光伏电站潮流功率PG0经拟合计算得到的基本日照强度S0，另一部分为在暂稳计算中添加的日照扰动ΔS。温度T为指定值，即该模型仅考虑温度一定，日照强度变化情况下的光伏电站动态特性。

光伏阵列输入输出特性满足公式

$I_L=I_{\mathrm{SC}}[1-C_1(\exp \frac{V}{C_2{V}_{\mathrm{OC}}}-1)]$

其中，C₁和C₂满足公式

$C_1=(1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{SC}}})\exp (1-\frac{V_m}{C_2{V}_{\mathrm{OC}}})$

$C_2=(\frac{V_m}{V_{\mathrm{OC}}}-1){\left[\ln (1-\frac{I_m}{I_{\mathrm{SC}}})\right]}^{-1}$

在实际工程中，光伏阵列厂家所给定的I_m、I_SC、V_m、V_OC均为特定温度(25摄氏度)、特定日照强度(1000W/m²)条件下的值，考虑到日照和温度的变化情况，需对上述四个值进行修订，其关系为

$\mathrm{\ΔS}=\frac{S}{1000}-1$

ΔT＝T-25

$I_{\mathrm{SCC}}=I_{\mathrm{SC}}\×\frac{S}{1000}\×(1+0.0025\mathrm{\ΔT})$

$I_{\mathrm{mm}}=I_m\×\frac{S}{1000}\×(1+0.0025\mathrm{\ΔT})$

V_OCC＝V_OC(1-0.00288ΔT)×ln(e+0.5ΔS)

V_mm＝V_m(1-0.00288ΔT)×ln(e+0.5ΔS)

进一步的，并网逆变器的模型如图4和图5所示，电压源型逆变器采用电流内环、电压外环的双环控制方式，将光伏阵列发出的直流电变换成为交流有功电流，再经网络变换注入到电网中，光伏电站的无功不参与控制，功率因数保持不变。

在逆变器外环电压控制部分添加最大功率控制环节，外环电压的参考值为根据日照S和温度T计算得到的最大功率点运行电压值，计算公式为：

V_mm＝V_m(1-0.00288ΔT)×ln(e+0.5ΔS)

OP为光伏电站涉网保护的动作信号，当保护环节动作时，OP值为0，光伏电站不向电网内注入电流。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种光伏电站机电暂态模型的实测建模方法，其特征在于，包括：

基于光伏电站的物理设备及其拓扑联机设备，进行简化并抽象提取计算模型；

通过动态测试获取所述计算模型中的各项模型参数，构建最终模型。

2.根据权利要求1所述的实测建模方法，其特征在于，所述基于光伏电站的物理设备及其拓扑联机设备，进行简化并抽象提取计算模型，具体包括：

输入所述光伏电站的光伏电池组件、逆变器和无功补偿设备的物理结构及设计参数，形成初始模型。

3.根据权利要求2所述的实测建模方法，其特征在于，所述通过动态测试获取所述计算模型中的各项模型参数，构建最终模型，具体包括：

根据形成的初始模型中的模型参数进行辨识，对其中可辨识性高的模型参数进行实测辨识，对其中可辨性低的模型参数进行拟合辨识；

通过所述实测辨识和所述拟合辨识获取所述初始模型中的各项模型参数，形成所述最终模型。

4.根据权利要求3所述的实测建模方法，其特征在于，所述根据形成的初始模型中的模型参数进行辨识，对其中可辨识性高的模型参数进行实测辨识，对其中可辨性低的模型参数进行拟合辨识的过程中包括：

对所述光伏电池组件的模型中的光照强度与电压电流输出特性、直流电压与输出电流特性环节进行试验实测，并根据实测数据对光伏电池组件的开路电压、短路电流、最大功率点电压、最大功率点电流进行辨识。

5.根据权利要求4所述的实测建模方法，其特征在于，所述根据形成的初始模型中的模型参数进行辨识，对其中可辨识性高的模型参数进行实测辨识，对其中可辨性低的模型参数进行拟合辨识的过程中还包括：

对所述逆变器的模型中的有功测量时间、有功外环超前时间常数、有功外环滞后时间常数、有功外环比例放大倍数、积分倍数、延迟时间常数进行静态试验实测，并根据实测数据对逆变器的模型参数中的有功测量时间、有功外环超前时间常数、有功外环滞后时间常数、有功外环比例放大倍数、积分倍数、延迟时间常数进行参数辨识。

6.根据权利要求5所述的实测建模方法，其特征在于，所述根据形成的初始模型中的模型参数进行辨识，对其中可辨识性高的模型参数进行实测辨识，对其中可辨性低的模型参数进行拟合辨识的过程中还包括：

根据无功补偿设备的类型进行模型参数的动态试验实测，并根据实测数据对无功补偿设备的电流内环、电压外环等模型参数进行辨识。

7.根据权利要求6所述的实测建模方法，其特征在于，还包括：

获取所述最终模型的实测结果和仿真结果，并根据所述实测结果和仿真结果校核所述最终模型的模型参数精度是否满足当前电力系统分析需求。

8.根据权利要求7所述的实测建模方法，其特征在于，在所述根据无功补偿设备的类型进行模型参数的动态试验实测，并根据实测数据对无功补偿设备的电流内环、电压外环等模型参数进行辨识的过程中，还包括：

进行光伏电站的无功补偿设备投入/退出扰动试验，测试数据作为判断模型参数精度是否满足当前电力系统分析需求的依据。

9.根据权利要求8所述的实测建模方法，其特征在于，还包括：构建光伏电站仿真算例，结合所述实测结果进行仿真计算，在计算结果满足一定的误差标准判定为满足当前电力系统分析需求。

10.根据权利要求9所述的实测建模方法，其特征在于，在计算结果不满足一定的误差标准判定为不满足当前电力系统分析需求时，对每个所述实测结果，依照各自的误差进行调整，直至满足误差标准。