【PVPMC】国家电网中科院-张军军-光伏发电并网性能建模与参数测试

中国电力科学研究院 2019 年12月9 日 光伏发电并网性能建模与参数测试 Performance modeling and parameter test of grid connected photovoltaic power generation汇报内容 1 Background 光伏发电并网建模技术研究背景 2 Modeling and parameter test of grid connected PV 基于参数辨识的建模技术 3 Study Case 实例分析1.1 光伏发电并网建模技 术研究 背景  截至2019 年6 月底 ， 全国光伏发电累计装机18559 万千瓦 （185.59GW ） ， 同 比增长20% 。 其中 ， 集中式光伏发电装机13058 万千瓦（130.58GW ） ， 同比增长16% ；分布式光伏发电装机 5502 万千瓦（55.02GW ）， 同比增 长31% 。 (NEA，国家能源局) 2019, PV 185.59GW 中国全口径发电设备容量 2013, PV 19.42GW亟需用于并网计算的准 确的模型和参数 电网安全稳定 制定 控制措施 区域性可再生 能源规划 开展并网分析 输电系统评估 安排生产 运行方式 1.2 光伏发电并网建模技 术接入 电网的 稳定性1.2 光伏发电并网建模技 术接入 电网的 稳定性  光伏电站：地域分布广，设备数量多 东部某200MWp 光伏电站  500kW 逆变器324台  36kW 组串型逆变器877 台 1.25MVA 单元升压变 195 台 5  100MVA 主变 2 台  2 回220kV 送出  占地5605 亩（3.74平方公里） 三峡水电站22.4GW  单机容量700MW ，共32 台  15 回500kV送出  大坝高程185 米，水库长2335米汇报内容 1 Background 光伏发电并网建模技术研究背景 2 Modeling and parameter test of grid connected PV 基于参数辨识的建模技术 3 Study Case 实例分析 IEEE/CIGRE 电力系统稳定性 2.1 大规模光伏电站动态分析 模型 适用于光照剧烈波动下的电 压稳定性分析、适用于功角 稳定、小干扰稳定、适用于 电力系统事件的动态仿真 模型不适用于长期稳定性分析 、次同步相互作用分析、不适 用于谐波、闪变和EMC 分析8 2.1 新能源电站潮流计算模型  新能源电站潮流计算等值模型 电力系统潮流计算中，将光伏发电 站等值 为一台 发电机 ，发电 机有功 出力受 光伏电 池的功 率约 束限制，发电机的无功出力特性以逆 变器的 无功控 制方式 为依据 ；站内 集电升 压系统 等值为 升压变 压器。 并网点 10(6)kV 或35kV 并网点 66kV 及以上 站内母线 35kV 发电单元等值 系统 发电单元等值 系统  等值机： □ PQ 节点 □ PV节点 □ Q-V下垂节点  变压器：变压器和集电线路等效 暂态建模—— 控制系统 9 2.2 新能源电站暂态模型结构 P ord ，Q ord f ，P，Q 发电单元本体控制 电网 Z load θ PLL 内环参考信号 锁相环 V dc 控制信号 PWM 调制 外环PI 控制 内环PI 控制 参考信号 θ PLL θ PLL θ PLL ω PLL u abc i abc 功率计算 abc dq abc dq u dq i dq P Q MPPT P V 厂站级控制系统 暂态模型及参数辨识 10 2.3 光伏逆变器暂态模型 term p term q ac term j * UIUI I U  ⋅− ⋅  =      p_c m d I q_ cmd I 有功/ 无功 控制环节 故障穿越控制 及保护环节 输出电流 计算环节 term U  ac I  P jQ + q I p I m P ord P ord Q POI U  POI POI P jQ + term U  term U  ref PF Q P 逆变器模型 f 暂态模型及参数辨识 11 2.3 光伏逆变器暂态模型 Q m P P ord P Delay (T p_ord ) min mpp 1 1 sT + ref P - m 1 1 sT + max I max I − p p 1 K sT + term U ÷ inverter 1 1 sT + _ P flag × ref PF ref Q ord Q Delay (T q_ord ) _ PF flag m 1 1 sT + m 1 1 sT + - ÷ q q 1 K sT + _ Q flag max I max I − inverter 1 1 sT + 2 ref ref 1 PF PF − 0 1 0 1 0 1 有 功 控制 无功 控制 mea P mea P 故障清除且有功 恢复后PI 控制器 重置 pin I qin I ord_ max dP ord_ min dP m _ max dP ord_ max dQ ord_ min dQ 斜率限制 斜率限制 斜率限制 q _ I flag 0 1 q0 I mea Q 1. 交流侧 小扰动测试 2. 有功控 制指令 3. 辐照度 扰动 4. 无功控 制指令 5. 功率因 数指令 暂态模型及参数辨识 12 2.3 光伏逆变器暂态模型 0 故障恢复后 有功电流斜率限制 保护信号trip_flag term U  f q I p I p _ cmd I q_ cmd I q_ HV HV term Iq0 _flag q0 q0 _ HV qmin_HV term HV q q_cmd LV term HV term LV q_LV LV term Iq0 _flag q0 q0 _LV qmax_LV p _cmd LV term HV p term LV te p_FRT max( ( ) , ) () () () min( ( ) , ) () ( K UU K II I UU I I UU U UU KUU K II I I UU U I UU U I  −+ +  = ≤≤    −   = −   +   dI p_LV 设定保护信号 trip_flag 初始值为 0 ， 当下述任一事件发生时 ，trip_flag 变为1 ， 触发逆变器保护动作 ， 逆变器不再输出电流 ， 退出运行 ： 1 ） 若U LVP2 ≤U term ≤U LVP1 且持续时间超过 t LVP1 ， 一级欠压保护动作 ，trip_flag=1 ； 2 ） 若U term U LVP2 且持续时间超过 t LVP 2 ， 二级欠压保护动作 ，trip_flag=1 ； 3 ） 若U HVP1 ≤U term ≤U HVP2 且持续时间超过 t HVP1 ， 一级过压保护动作 ，trip_flag =1 ； 4 ） 若U HVP2 U term 且持续时间超过 t HVP2 ， 二级过压保护动作 ，trip_flag =1 ； 5 ） 若f LfP2 ≤f ≤f LfP1 且持续时间超过 t LfP1 ， 一级欠频保护动作 ，trip_flag=1 ； 6 ） 若ff LfP2 且持续时间超过 t LfP2 ， 二级欠频保护动作 ，trip_flag=1 ； 7 ） 若f HfP1 ≤f ≤f HfP2 且持续时间超过 t HfP1 ， 一级过频保护动作 ，trip_flag=1 ； 8 ） 若f HfP2 f 且持续时间超过 t HfP2 ， 二级过频保护动作 ，trip_flag=1 。 6. 故障穿越 7. 保护动作 厂站级控制系统模型 13 2.4 厂站级控制系统建模 m 1 1 sT + - - POI _ QV flag max Q min Q q _ POI q _ POI 1 (1 ) K sT + ord Q POI _ Q flag POI U POI Q POI_ ref U up f m 1 1 sT + - f pfup K m 1 1 sT + POI P - POI_ ref P max P min P p_ POI p_ POI 1 (1 ) K sT + ord P POI _ P flag m 1 1 sT + POI P POI_ ref PF 2 POI_ ref POI_ ref 1 PF PF − × POI _ PF flag 0 - POI _ref Q 0 1 0 1 0 1 1 0 qv K m 1 1 sT + fup max _ P  pfdn K 0 fdn max _ P  dn f - ref_ max dP ref_ min dP 斜率限制主控板 一致性核查 一致性核查 功率电路 一致性核查 核查型式试验逆变器样机和现场 抽检逆变器的一致性情况 目的：检查光伏电站的主要设备参数与提 交材料的一 致性，检查储能系统的二 次设备 是否按 要求配 置。  光伏发电单元  检查部件参数与提交资料的 一致性  检查高电压穿越/低电压穿越和电 网适应 性测试/评估报告  电气一次设备  变压器参数、出厂试验报告  无功补偿设备参数、型式试 验报告  电气二次设备（继保、调度 自动化 、 通信）  检查保护装置定值与调度机 构定值 单的一 致性  检查故障录波装置功能  检查安全稳定控制系统运行 情况  ……  现场测试  目的：测试整个光伏电站的电能质量和功率控制能力 、 故障穿越能力，保护功能 。 电能质量 、 有功功率变化 、 有功功率设定值控制 、 无功功率 响应 、 无功容量 、 故障穿越 （ 低电压穿越 、 高电压穿越 ） 、 保护功能（防孤岛保护） 。  现场检查  一致性核查  整站建模 2.5 模型建立与核查方法汇报内容 1 Background 光伏发电并网建模技术研究背景 2 Modeling and parameter test of grid connected PV 基于参数辨识的建模技术 3 Study Case 实例分析 模型验证—— 逆变器 16 3.1 模型验证算例 电气参数 F 1 F 2 F 3 F G 电压偏差， Δ U S /U n 0 0.029 0.006 0 电流，Δ I/ I n 0.005 0.083 0.037 0.005 无功电流， Δ I q /I n 0.002 0.074 0.023 0.005 有功功率， Δ P/ P n 0.001 0.018 0.014 0.001 无功功率， ΔQ /P n 0.004 0.053 0.037 0.002 LVRT 项目 逆变器建模 参数测试17 3.2 模型验证算例  模型验证—— 逆变器 PI 控制参数 稳态运行控制模块 名称 描述 辨识结果 T mpp 逆变器最 大功率跟 踪控制等 效延时环 节时间常 数（s ） 0.3 dP m_max 逆变器最大功率跟踪斜率上限（pu/s） 0.5 T p_ord 逆变器有功控制指令等效延时环节时 间常数 （s ） 0.01 dP ord_max 逆变器有功控制斜率上限（pu/s） 0.625 dP ord_min 逆变器有功控制斜率下限（pu/s） -0.625 T q_ord 逆变器无功控制指令等效延时环节时 间常数 （s ） 0.01 dQ ord_max 逆变器无功控制斜率上限（pu/s） 0.7 dQ ord_min 逆变器无功控制斜率下限（pu/s） -0.7 K p 逆变器有功控制环节的PI控制比例系数 1.0 T p 逆变器有功控制环节的PI控制积分时间常数（s ） 0.01 K q 逆变器无功控制环节的PI控制比例系数 0.5 T q 逆变器无功控制环节的PI控制积分时间常数（s ） 0.01 故障穿越及保护控制模块 名称 描述 辨识结果 U HV1 逆变器进入高电压穿越控制的电压阈 值（pu） 1.1 U LV1 逆变器进入低电压穿越控制的电压阈 值（pu） 0.9 K q_LV 逆变器低电压穿越控制无功电流支撑 系数 2.0 I qmax_LV 逆变器低/ 零电压穿越控制的无功电流限 值（pu） 1.1 I q0_LV 逆变器低/ 零电压穿越控制的无功电流初 始值（pu） 0.0 I max_FRT 逆变器低/ 零电压穿越控制的电流限值（pu） 1.1 dI p_LV 逆变器低/ 零电压穿越控制，电网电压恢 复后有 功电 流恢复速率（pu/s） 0.8 逆变器建模 参数测试可开展试验  功率控制  交流侧小扰动试验  交流侧大扰动试验  定电压控制  恒无功控制  无功电压综合控制 模拟 量输出 模块 信号 调理 模拟 量输出 板卡 大功率集中无功补 偿装置 控制器 采样 并网电 流、 并 网点 高低压 侧电压 电站 并网 点升压 变压 器 电 网 数字 量输入 模块 数字 量输入 板卡 光电 转换箱 大功率集中无功 补偿装置 电网模拟装置 模拟 量输出 模块 数字 量输入 模块 直流 侧电压 脉冲 信号 开关 回读信 号 电站升压 变压器 光伏发电单元1 站内汇集母线 无功 补偿 光伏发电单元n 单元升压 变压器 光伏方阵 逆变器 集电线路 - ~ - ~ 并 网 点 站内集电升压系统 - ~ - ~ 数字/ 模拟信号 通信协议 SVG 控制柜 数字/ 模拟信号 3.3 SVG 参数校验 逆变器建模 参数测试型式 试验 控制 器测 试 合格 型式 试验 样机 现场 控制器 控制 器测试 合格 一致 性判断 现场 抽取逆 变器 一致 性确认报 告 整改 报告 Y Y N N 一致性核查流程图  建立一致性核查测试环境  建立覆盖主流厂家主流型号的模型库  建立完备高效的流程管理制度 3.4 硬件在环一致性核查 核查通过 逆变器建模 参数测试 一致性核查 板件留存库 核查不通过 比对 结果