CN105337304A - 一种光伏电站低电压穿越数据获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光伏电站低电压穿越数据获取方法，属于光伏发电技术领域。基于发电单元的现场测试数据，建立光伏电站的详细模型，从而获取光伏电站的低电压穿越数据，建立光伏电站低电压穿越数据库。该方法结合了现场试验和模型仿真的优点，既解决了难以对光伏电站直接进行低电压穿越试验的现实难题，又提高了仿真结果的精度和可信度。

Description

一种光伏电站低电压穿越数据获取方法

技术领域

本发明涉及一种光伏电站低电压穿越数据获取方法，属于光伏发电技术领域。

背景技术

太阳能是地球上最丰富的能源，太阳能受到地域的限制较小，无需运输，几乎可以在地球上任一个地区使用。太阳能资源取之不尽、用之不竭，是一种清洁的可再生能源。并网型光伏发电通过逆变器将电能传输至电网，大型光伏电站大都是并网型光伏发电。

近年来，我国并网太阳能发电呈现跨越式发展。在西部地区，日照时间长并且气候干燥少雨，太阳能资源非常丰富，已建设了许多大规模光伏发电站。大规模的光伏电站接入电网后，光伏发电输出功率的波动性将会对电网安全稳定运行产生影响。为了分析并网光伏电站对电网的影响，迫切需要建立合适的光伏电站模型。

完整的测试数据是建立光伏电站模型的基本条件之一，其中低电压穿越测试能够反映电站在遇到电网故障时的动态响应特性。低电压穿越是指当电力系统事故或扰动引起光伏发电站并网点电压跌落时，在一定的电压跌落范围和时间间隔内，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。光伏电站是由数十至数百个小功率的光伏发电单元并联而成的，目前低电压穿越测试一般是针对发电单元进行测试。在进行发电单元级的低电压穿越测试时，可以通过连接电压跌落发生装置来模拟电网故障，从而利用测量装置获得测试数据。但是，这种方法只能获取发电单元级的低电压穿越测试数据，不适用于获取整个光伏电站的低电压穿越测试数据。这是因为一方面大型光伏发电站装机容量大，总容量可以达到数百兆瓦，测试装置容量受到技术上和成本上的双重限制；另一方面，光伏电站并网电压等级高，部分大型电站直接连接330kV等级的高压电网，直接对光伏电站进行低电压穿越测试将会威胁电力系统的安全稳定运行。

有鉴于此，本发明提供一种光伏电站低电压穿越数据获取方法，以满足实际应用需要。

发明内容

本发明的目的是：为克服现有技术的不足，本发明提供一种光伏电站低电压穿越数据获取方法，从而获得电站级的低电压穿越测试数据。

本发明所采用的技术方案是：一种光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于：所述数据获取方法包括以下步骤：

步骤一、收集光伏电站拓扑结构图和所有型号光伏方阵、逆变器、变压器、集电线路和无功补偿装置的电气参数；

步骤二、根据光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号对发电单元进行分群；

步骤三、根据发电单元的地理分布情况，分别从不同群中选择被测试发电单元，每个群中至少一个被测试发电单元；

步骤四、搭建发电单元低电压穿越测试平台，对被测试发电单元进行低电压穿越测试；

步骤五、对发电单元低电压穿越测试数据进行数据处理；

步骤六、根据发电单元的低电压穿越测试数据建立发电单元模型；

步骤七、按照电站内各发电单元实际分布情况建立发电站详细模型；

步骤八、设置多种运行工况和低电压穿越故障，对发电站详细模型进行低电压故障仿真；

步骤九、建立光伏电站低电压穿越数据库。

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤一中，光伏电站拓扑结构图包括电气一次接线图和发电单元地理位置分布图；光伏方阵的主要电气参数包括光伏组件的型号、最大功率点电压、最大功率点电流、开路电压、短路电流、峰值功率和串并联方式；逆变器的主要电气参数包括逆变器型号、电路拓扑、额定输出功率、网侧额定电压、网侧电压允许范围、网侧最大交流电流、功率因数范围、最大直流输入电流、保护参数、满载MPPT直流电压范围和最佳MPPT工作点直流电压；变压器的主要电气参数包括型号、额定功率、额定电压、电压变比、短路阻抗、联接组标号、负载损耗和空载损耗；集电线路的主要电气参数包括线路型号、长度和单位距离阻抗；无功补偿装置的主要电气参数包括型号、额定容量、额定电压、工作电压范围、动态调节范围、稳态控制精度和响应时间。

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤二中，根据光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号搭配不同的组合，组合类型需要涵盖所有光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号，所有满足组合类型的发电单元分为同一群。

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤三中，对于同一个群，从多个发电单元中选择一个位于中间地理位置的发电单元作为被测试发电单元，若地理位置分布非常广，可增加不同地理位置的被测试发电单元。

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤四中，搭建发电单元低电压穿越测试平台，将单元变压器的高压侧通过电压跌落发生装置与站内集电线路相连，在单元变压器的高压侧设置测量点，并利用数据采集装置对测量点的电压和电流进行采集，且采样频率至少20kHz；测试需要分别在大功率工况、中等功率工况和小功率工况下进行，取单元变压器的额定功率为基准值，大功率工况下单元的功率输出超过0.7pu，中等功率工况的功率输出区间为0.4~0.6pu，小功率工况的功率输出区间为0.1~0.3pu；取单元变压器的高压侧额定电压为基准电压，对被测试发电单元进行低电压穿越测试，使测量点电压分别跌落至0pu、0.2pu和0.2~0.5pu、0.5~0.75pu、0.75~0.9pu三个电压区间。

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤五中，首先从电压和电流的交流瞬时值中提取基波正序分量，得到基波正序分量形式的电压和电流；然后对电压和电流进行重采样，降低数据采样率为100Hz；再以发电单元的额定功率和额定电压为基准值，计算电压和电流的标幺值；最后计算发电单元的有功电流、有功功率、无功电流和无功功率。

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤六中，在电力系统仿真软件中建立光伏发电单元的模型，设置电压故障，在仿真算例中使电压跌落深度和持续时间与测试数据保持一致，并对发电单元进行模型验证；

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤七中，根据步骤一中采集的电站数据和步骤六中搭建的发电单元模型，建立发电站的详细模型，详细模型中各发电单元的类型、电站电路拓扑和集电线路长度都与电站实际保持一致，无功补偿装置需要单独进行建模。

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤八中，运行工况分为阴影遮挡工况和辐照均匀工况两种工况类型；

其中，阴影遮挡工况又分为功率离散分布和功率连续分布两种工况：对于功率离散分布工况，首先设定数量百分比为a的发电单元被阴影遮挡，有功输出被限制在0.3pu以下，百分比a分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%；然后设定剩余的发电单元无阴影遮挡，有功输出在0.7pu以上；

对于功率连续分布工况，需要先设定发电单元最大功率，最大功率的分布区间为0.6~1pu；然后设定发电单元最小功率，最小功率和最大功率的差值需要超过0.3pu；最后设定剩余发电单元的功率，剩余发电单元的的功率在最大功率和最小功率区间内从小到大依次均匀分布；

辐照均匀工况分为小功率工况、中等功率工况和大功率工况，设定各发电单元的功率输出相等，其中小功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.1~0.3pu；中等功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.3~0.6pu；大功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.6~1pu；

在确定详细模型的运行工况后，得到各发电单元的功率输出初始值，设定低电压穿越故障，使发电站并网点电压分别跌落至0~0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9pu，对发电站详细模型进行低电压故障仿真，记录光伏电站并网点的电压、电流、有功功率和无功功率曲线。

如上所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤九中，将所述步骤八中的光伏电站并网点仿真曲线按照工况和故障类型进行保存，建立光伏电站低电压穿越数据库。

本发明的有益效果是：本发明为光伏电站提供了一种低电压穿越数据获取方法，基于发电单元的现场测试数据，建立光伏电站的详细模型，从而获取电站的低电压穿越数据，结合了现场试验和模型仿真的优点，既解决了难以对光伏电站直接进行低电压穿越试验的现实难题，又提高了仿真结果的精度和可信度。

附图说明

图1为本发明实施例中光伏电站的结构示意图。

图2为本发明实施例中发电单元低电压穿越测试平台。

图3为本发明低电压故障仿真中的工况类型。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

如图1所示，本例的光伏电站的低电压穿越数据获取方法，包括如下步骤：

步骤一、收集光伏电站拓扑结构图和所有型号光伏方阵、逆变器、变压器、集电线路和无功补偿装置的电气参数。大型光伏电站通常包含多种型号的光伏方阵、逆变器和变压器，对于图1所示的光伏电站共包含12个发电单元，其中光伏方阵有X型和Y型两种，逆变器有A型和B型两种，单元变压器有M型和N型两种，主变压器1台，集电线路有12条。

光伏电站拓扑结构图包括电气一次接线图和发电单元地理位置分布图等；光伏方阵的主要电气参数包括光伏组件的型号、最大功率点电压、最大功率点电流、开路电压、短路电流、峰值功率和串并联方式等参数；逆变器的主要电气参数包括逆变器型号、电路拓扑、额定输出功率、网侧额定电压、网侧电压允许范围、网侧最大交流电流、功率因数范围、最大直流输入电流、保护参数、满载MPPT直流电压范围和最佳MPPT工作点直流电压等参数；变压器的主要电气参数包括型号、额定功率、额定电压、电压变比、短路阻抗、联接组标号、负载损耗、空载损耗等参数；集电线路的主要电气参数包括线路型号、长度、单位距离阻抗等参数；无功补偿装置的主要电气参数包括型号、额定容量、额定电压、工作电压范围、动态调节范围、稳态控制精度、响应时间。

步骤二、根据光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号对发电单元进行分群。根据光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号搭配不同的组合，组合类型需要涵盖所有光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号，所有满足组合类型的发电单元分为同一群。对于图1所示的光伏电站，可以将发电单元分为（X，A，M）型、（Y，A，M）型、（X，B，N）型和（Y，B，N）型四种组合，因此将1#、2#、3#发电单元分为同一群，将4#、5#、6#发电单元分为同一群，将7#、8#、9#发电单元分为同一群，将10#、11#、12#发电单元分为同一群。

步骤三、根据发电单元的地理分布情况，分别从不同群中选择被测试发电单元，每个群中至少一个被测试发电单元。对于同一个群，从多个发电单元中选择一个位于中间地理位置的发电单元作为被测试发电单元，若地理位置分布非常广，可以增加不同地理位置的被测试发电单元。对于图1所示的光伏电站，1#、2#、3#发电单元群均位于电站的西北方向，而2#发电单元位于1#和3#发电单元的中间位置，选择2#发电单元为被测试发电单元；4#、5#、6#发电单元群均位于电站的东北方向，而5#发电单元位于4#和6#发电单元的中间位置，选择5#发电单元为被测试发电单元；7#、8#、9#发电单元群均位于电站的西南方向，而8#发电单元位于7#和9#发电单元的中间位置，选择8#发电单元为被测试发电单元；10#、11#、12#发电单元群均位于电站的东南方向，而11#发电单元位于10#和12#发电单元的中间位置，选择11#发电单元为被测试发电单元。

步骤四、搭建发电单元低电压穿越测试平台，对被测试发电单元进行低电压穿越测试。搭建发电单元低电压穿越测试平台，将单元变压器的高压侧通过电压跌落发生装置与站内集电线路相连，在单元变压器的高压侧设置测量点，并利用数据采集装置对测量点的电压和电流进行采集，且采样频率至少20kHz，如图2所示。测试需要分别在大功率工况、中等功率工况和小功率工况下进行，取单元变压器的额定功率为基准值，大功率工况下单元的功率输出超过0.7pu，中等功率工况的功率输出区间为0.4~0.6pu，小功率工况的功率输出区间为0.1~0.3pu。取单元变压器的高压侧额定电压为基准电压，对被测试发电单元进行低电压穿越测试，使测量点电压分别跌落至0pu、0.2pu和0.2~0.5pu、0.5~0.75pu、0.75~0.9pu三个电压区间。

步骤五、对发电单元低电压穿越测试数据进行数据处理。首先从电压和电流的交流瞬时值中提取基波正序分量，得到基波正序分量形式的电压和电流；然后对电压和电流进行重采样，降低数据采样率为100Hz；再以发电单元的额定功率和额定电压为基准值，计算电压和电流的标幺值；最后计算发电单元的有功电流、有功功率、无功电流和无功功率。

步骤六、根据发电单元的低电压穿越测试数据建立发电单元模型。在电力系统仿真软件中建立光伏发电单元的模型，设置电压故障，在仿真算例中使电压跌落深度和持续时间与测试数据保持一致，并对发电单元进行模型验证；

步骤七、按照电站内各发电单元实际分布情况建立发电站详细模型。根据步骤一采集的电站数据和步骤六搭建的发电单元模型，建立发电站的详细模型。详细模型中各发电单元的类型、电站电路拓扑和集电线路长度都与电站实际保持一致，无功补偿装置需要单独进行建模。对于图1所示的光伏电站，详细模型需要包括12个发电单元，主变压器1台，集电线路有12条。

步骤八、设置多种运行工况和低电压穿越故障，对发电站详细模型进行低电压故障仿真。运行工况可以分为阴影遮挡和辐照度均匀两种工况类型，如图3所示。

其中，阴影遮挡工况又可以分为功率离散分布和功率连续分布两种工况。对于功率离散分布工况，首先设定数量百分比为a的发电单元被阴影遮挡，有功输出被限制在0.3pu以下，百分比a分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%；然后设定剩余的发电单元无阴影遮挡，有功输出在0.7pu以上。

对于功率连续分布工况，需要先设定发电单元最大功率，最大功率的分布区间为0.6~1pu；然后设定发电单元最小功率，最小功率和最大功率的差值需要超过0.3pu；最后设定剩余发电单元的功率，剩余发电单元的的功率在最大功率和最小功率区间内从小到大依次均匀分布。

辐照均匀工况可以分为小功率工况、中等功率工况和大功率工况，设定各发电单元的功率输出相等。其中小功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.1~0.3pu；中等功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.3~0.6pu；大功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.6~1pu。

在确定详细模型的运行工况后，得到各发电单元的功率输出初始值，设定低电压穿越故障，使发电站并网点电压分别跌落至0~0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9pu，对发电站详细模型进行低电压故障仿真，记录光伏电站并网点的电压、电流、有功功率和无功功率曲线。

步骤九、建立光伏电站低电压穿越数据库。将步骤八中的光伏电站并网点仿真曲线按照工况和故障类型进行保存，建立光伏电站低电压穿越数据库。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于：所述数据获取方法包括以下步骤：

步骤一、收集光伏电站拓扑结构图和所有型号光伏方阵、逆变器、变压器、集电线路和无功补偿装置的电气参数；

步骤二、根据光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号对发电单元进行分群；

步骤三、根据发电单元的地理分布情况，分别从不同群中选择被测试发电单元，每个群中至少一个被测试发电单元；

步骤四、搭建发电单元低电压穿越测试平台，对被测试发电单元进行低电压穿越测试；

步骤五、对发电单元低电压穿越测试数据进行数据处理；

步骤六、根据发电单元的低电压穿越测试数据建立发电单元模型；

步骤七、按照电站内各发电单元实际分布情况建立发电站详细模型；

步骤八、设置多种运行工况和低电压穿越故障，对发电站详细模型进行低电压故障仿真；

步骤九、建立光伏电站低电压穿越数据库。

2.根据权利要求1所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤一中，光伏电站拓扑结构图包括电气一次接线图和发电单元地理位置分布图；光伏方阵的主要电气参数包括光伏组件的型号、最大功率点电压、最大功率点电流、开路电压、短路电流、峰值功率和串并联方式；逆变器的主要电气参数包括逆变器型号、电路拓扑、额定输出功率、网侧额定电压、网侧电压允许范围、网侧最大交流电流、功率因数范围、最大直流输入电流、保护参数、满载MPPT直流电压范围和最佳MPPT工作点直流电压；变压器的主要电气参数包括型号、额定功率、额定电压、电压变比、短路阻抗、联接组标号、负载损耗和空载损耗；集电线路的主要电气参数包括线路型号、长度和单位距离阻抗；无功补偿装置的主要电气参数包括型号、额定容量、额定电压、工作电压范围、动态调节范围、稳态控制精度和响应时间。

3.根据权利要求1所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤二中，根据光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号搭配不同的组合，组合类型需要涵盖所有光伏方阵、逆变器和单元变压器的型号，所有满足组合类型的发电单元分为同一群。

4.根据权利要求1所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤三中，对于同一个群，从多个发电单元中选择一个位于中间地理位置的发电单元作为被测试发电单元，若地理位置分布非常广，可增加不同地理位置的被测试发电单元。

5.根据权利要求1所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤四中，搭建发电单元低电压穿越测试平台，将单元变压器的高压侧通过电压跌落发生装置与站内集电线路相连，在单元变压器的高压侧设置测量点，并利用数据采集装置对测量点的电压和电流进行采集，且采样频率至少20kHz；测试需要分别在大功率工况、中等功率工况和小功率工况下进行，取单元变压器的额定功率为基准值，大功率工况下单元的功率输出超过0.7pu，中等功率工况的功率输出区间为0.4~0.6pu，小功率工况的功率输出区间为0.1~0.3pu；取单元变压器的高压侧额定电压为基准电压，对被测试发电单元进行低电压穿越测试，使测量点电压分别跌落至0pu、0.2pu和0.2~0.5pu、0.5~0.75pu、0.75~0.9pu三个电压区间。

6.根据权利要求1所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤五中，首先从电压和电流的交流瞬时值中提取基波正序分量，得到基波正序分量形式的电压和电流；然后对电压和电流进行重采样，降低数据采样率为100Hz；再以发电单元的额定功率和额定电压为基准值，计算电压和电流的标幺值；最后计算发电单元的有功电流、有功功率、无功电流和无功功率。

7.根据权利要求1所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤六中，在电力系统仿真软件中建立光伏发电单元的模型，设置电压故障，在仿真算例中使电压跌落深度和持续时间与测试数据保持一致，并对发电单元进行模型验证。

8.根据权利要求1所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤七中，根据步骤一中采集的电站数据和步骤六中搭建的发电单元模型，建立发电站的详细模型，详细模型中各发电单元的类型、电站电路拓扑和集电线路长度都与电站实际保持一致，无功补偿装置需要单独进行建模。

9.根据权利要求1所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤八中，运行工况分为阴影遮挡工况和辐照均匀工况两种工况类型；

其中，阴影遮挡工况又分为功率离散分布和功率连续分布两种工况：对于功率离散分布工况，首先设定数量百分比为a的发电单元被阴影遮挡，有功输出被限制在0.3pu以下，百分比a分别为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%；然后设定剩余的发电单元无阴影遮挡，有功输出在0.7pu以上；

对于功率连续分布工况，需要先设定发电单元最大功率，最大功率的分布区间为0.6~1pu；然后设定发电单元最小功率，最小功率和最大功率的差值需要超过0.3pu；最后设定剩余发电单元的功率，剩余发电单元的的功率在最大功率和最小功率区间内从小到大依次均匀分布；

辐照均匀工况分为小功率工况、中等功率工况和大功率工况，设定各发电单元的功率输出相等，其中小功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.1~0.3pu；中等功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.3~0.6pu；大功率运行工况下，各发电单元的功率输出区间为0.6~1pu；

在确定详细模型的运行工况后，得到各发电单元的功率输出初始值，设定低电压穿越故障，使发电站并网点电压分别跌落至0~0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9pu，对发电站详细模型进行低电压故障仿真，记录光伏电站并网点的电压、电流、有功功率和无功功率曲线。

10.根据权利要求9所述的光伏电站低电压穿越数据获取方法，其特征在于，所述步骤九中，将所述步骤八中的光伏电站并网点仿真曲线按照工况和故障类型进行保存，建立光伏电站低电压穿越数据库。