CN114611283A - 一种光伏发电单元仿真模型控制***修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，涉及技术领域，通过建立光伏发电单元仿真模型；对所述光伏发电单元仿真模型，进行光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真，分析故障电流特性，分析光伏发电单元出口短路电流分量的正序电流分量，分析光伏发电单元出口电流正序无功分量大小，迭代调整光伏发电单元仿真模型，直到满足短路电流分析精度需求，完成光伏发电单元电磁暂态建模。本发明能够在满足光伏单元建模一般要求基础上，依据国家标准等相关运行要求，通过光伏电站近区交流故障电磁暂态迭代仿真，调整电站内部各光伏单元同短路电流相关计算参数，以实现光伏电站近区短路电流的精细化分析。
Description
技术领域
本发明属于电力***技术领域，尤其涉及一种适用光伏电站近区短路电流分析的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法。
背景技术
在电力***运行中，短路故障是最常见的故障之一，其产生的短路电流会对电力***的安全稳定运行造成严重影响和后果。目前我国受端电网普遍面临着短路电流超标风险，在电网短路电流水平整体较低时，新设备并网主要关注其对电网稳定特性的影响，其对短路电流的助增效果仅需简单评估。随着电网短路电流水平逐步接近或达到开关额定遮断容量，新设备特别是大规模光伏发电设备并网时需重点关注其对短路电流水平的影响。随着我国双碳进程的持续推进，光伏发电容量占比不断提高，对交流***短路电流影响不容忽视，亟需提出适合短路电流研究的光伏发电单元仿真建模方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，能够通过时域故障仿真分析，迭代调整光伏发电单元同短路电流相关计算参数，以实现光伏电站近区短路电流的精细化分析。
为实现上述目的，本发明提供了一种光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，包括以下步骤：
建立光伏发电单元仿真模型；
对所述光伏发电单元仿真模型，进行光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真，分析故障电流特性，判断是否需对光伏发电单元电流控制环节调整；
分析光伏发电单元出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对光伏发电单元换流器控制环节调整；
分析光伏发电单元出口电流正序无功分量大小，判断是否符低穿无功支撑能力要求；
则更换光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真中的短路故障条件设置及故障位置，迭代仿真分析，直到满足短路电流分析精度需求，完成光伏发电单元电磁暂态建模。
优选地，建立光伏发电单元仿真模型包括：
建立光伏发电单元典型电磁暂态仿真模型，并设置控制所述光伏发电单元典型电磁暂态仿真模型的光伏发电单元控制***典型控制方式和故障穿越策略；
建立包含多光伏发电单元的光伏电站接入电网近区电磁暂态仿真典型数据模型。
优选地，分析故障电流特性，判断是否需对光伏发电单元电流控制环节调整，包括：分析故障电流特性，若故障电流存在负序分量，则在光伏发电单元电流控制环节中增加负序抑制环节，以抑制单相/三相故障期间出现的负序电流分量，反之进入下一步骤。
优选地，分析光伏发电单元出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对光伏发电单元换流器控制环节调整，具体包括：若正序电流分量大于设定倍数的光伏单元换流器额定电流，则在光伏发电单元电流控制环节中增加正序限幅环节，以抑制故障期间出现的非正常电流峰值，反之进入下一步骤。
优选地，设定倍数的光伏单元换流器额定电流的倍数为1.1。
优选地，在光伏发电单元电流控制环节，限幅倍数设定为1.1-1.2倍。
优选地，所述低穿无功支撑能力要求为国家标准《GB/T 19964-2012光伏发电站接入电力***技术规定》的低穿无功支撑能力要求。
优选地，分析光伏发电单元出口电流正序无功分量大小，判断是否符低穿无功支撑能力要求，具体包括：
若不满足低穿无功支撑能力要求，则在光伏发电单元电流控制环节中增加有功-无功电流低穿控制策略，以向电网提供无功电压支撑，反之进入下一步骤。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所提供的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，建立光伏发电单元仿真模型；对所述光伏发电单元仿真模型，进行光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真，分析故障电流特性，判断是否需对光伏发电单元电流控制环节调整；分析光伏发电单元出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对光伏发电单元换流器控制环节调整；分析光伏发电单元出口电流正序无功分量大小，判断是否符低穿无功支撑能力要求；则更换光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真中的短路故障条件设置及故障位置，迭代仿真分析，直到满足短路电流分析精度需求，完成光伏发电单元电磁暂态建模。本发明能够在满足光伏单元建模一般要求基础上，依据国家标准等相关运行要求，通过光伏电站近区交流故障电磁暂态迭代仿真，调整电站内部各光伏单元同短路电流相关计算参数，以实现光伏电站近区短路电流的精细化分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种光伏发电单元仿真模型控制***修正方法的流程图；
图2是本发明其中一个实施例的光伏电站仿真拓扑图；
图3是本发明的负序抑制环节增加前电流曲线；
图4是本发明的负序抑制环节增加后前电流曲线；
图5是本发明的国标GB/T 19964-2012规定光伏单元低穿无功支撑能力要求；
图6是本发明的增加无功支撑以及限幅策略后光伏单元出口电流曲线。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
故障期间光伏电站近区短路电流水平同光伏发电单元模型，尤其是其控制***故障穿越策略密切相关，本发明针对故障距离光伏电站电气距离较近，故障期间电站未退出情况，结合光伏发电单元故障穿越策略和无功支撑需求，提出一种适用光伏电站近区短路电流分析的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、建立光伏发电单元仿真模型，具体包括：
S11、建立光伏发电单元典型电磁暂态仿真模型，并设置控制所述光伏发电单元典型电磁暂态仿真模型的光伏发电单元控制***典型控制方式和故障穿越策略；
其中控制方式光伏发电设备通常采用定有功/无功功率控制（P-Q控制）和定功率因数控制两种，依据设备实际情况进行选择；故障穿越策略涉及光伏高低压穿越相关参数以及低压无功支撑相关逻辑参数（具体在国标《GB/T 19964-2012光伏发电站接入电力***技术规定》中均有要求说明），工程常用的仿真模型故障穿越策略一般为通用参数（通用参数能够适用于传统***分析工作，但是不能够支撑短路电流分析，故本专利开展模型修正工作），依据设备实际情况选择典型故障穿越策略库中相关流程参数；
S12、建立包含多光伏发电单元的光伏电站接入电网近区电磁暂态仿真典型数据模型；
S2、对所述光伏发电单元仿真模型，进行光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真，分析故障电流特性，主要包括相电流的幅值特性，正负零各序分量波形特性，有功-无功电流变化特性。判断是否需对光伏发电单元电流控制环节调整，若故障电流存在负序分量，则进入步骤S3，反之进入步骤S4；
S3、在光伏发电单元电流控制环节中增加负序抑制环节，以抑制单相/三相故障期间出现的负序电流分量，然后进入下一步骤；
S4、分析光伏发电单元仿真模型中光伏发电单元出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对光伏发电单元换流器控制环节调整，若正序电流分量大于设定倍数的光伏单元换流器额定电流，则进入步骤S5，反之进入步骤S6；
其中，设定倍数的光伏单元换流器额定电流的倍数为1.1。
S5、在光伏发电单元电流控制环节中增加正序限幅环节，以抑制故障期间出现的非正常电流峰值，然后进入下一步骤；
其中，在光伏发电单元电流控制环节，限幅倍数设定为1.1-1.2倍。
S6、分析光伏发电单元仿真模型中光伏发电单元出口电流正序无功分量大小，判断是否符低穿无功支撑能力要求, 若不满足低穿无功支撑能力要求，则进入步骤S7，反之进入步骤 S8；
其中，低穿无功支撑能力要求为国家标准《GB/T 19964-2012光伏发电站接入电力***技术规定》的低穿无功支撑能力要求；
S7、在光伏发电单元电流控制环节中增加有功-无功（d-q轴）电流低穿控制策略，以向电网提供无功电压支撑，然后进入下一步骤；
S8、则更换步骤S2光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真中的短路故障条件设置及故障位置，迭代仿真分析，直到满足短路电流分析精度需求，完成光伏发电单元电磁暂态建模。
对本发明光伏发电单元仿真模型控制***修正方法的实施例进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本发明：
本文通过国内某规划光伏电站近区母线交流单相短路电流分析场景为例，分析本专利提出方法适用性。实例的***拓扑结构如图2所示，其中各光伏单元通过汇流线路分别接入35kV馈线中，经汇流升压接入交流电网。故障位置为光伏电站出口近区。示例故障类型为三相故障。
三相故障持续期间，分析图3电流曲线特性， 能够判明故障瞬间存在少量的二倍频波动分量，进入步骤S3在模型中增加负序电流抑制环节，对比增加负序抑制后的图4电流特性波形，能够看出负序电流基本被有效抑制。
步骤S5中，初始电流幅值超过1.3pu，增加电流限幅环节，限制到1.2倍额定电流。
步骤6中，分析光伏发电单体输出电流中的无功分量，看是否满足图5国标中规定的无功穿越能力曲线要求，若满足，则转下一步；若不满足，则在光伏设备控制环节中增加有功-无功电流控制环节，调整光伏设备故障穿越时的无功出力，满足国标要求。
图6（上）波形为光伏发电场输出电流波形，图6（下）为光伏设备单体输出电流波形， 可见，光伏设备单体电流幅值为所设置的额定电流1.2倍，不含有负序分量，能够支撑短路电流分析，模型修正达到预设目标。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立光伏发电单元仿真模型；
对所述光伏发电单元仿真模型，进行光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真，分析故障电流特性，判断是否需对光伏发电单元电流控制环节调整；
分析光伏发电单元出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对光伏发电单元换流器控制环节调整；
分析光伏发电单元出口电流正序无功分量大小，判断是否符低穿无功支撑能力要求；
则更换光伏电站近区单相/三相短路故障时域仿真中的短路故障条件设置及故障位置，迭代仿真分析，直到满足短路电流分析精度需求，完成光伏发电单元电磁暂态建模。
2.根据权利要求1所述的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，其特征在于，建立光伏发电单元仿真模型包括：
建立光伏发电单元典型电磁暂态仿真模型，并设置控制所述光伏发电单元典型电磁暂态仿真模型的光伏发电单元控制***典型控制方式和故障穿越策略；
建立包含多光伏发电单元的光伏电站接入电网近区电磁暂态仿真典型数据模型。
3.根据权利要求1所述的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，其特征在于，分析故障电流特性，判断是否需对光伏发电单元电流控制环节调整，包括：分析故障电流特性，若故障电流存在负序分量，则在光伏发电单元电流控制环节中增加负序抑制环节，以抑制单相/三相故障期间出现的负序电流分量，反之进入下一步骤。
4.根据权利要求1所述的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，其特征在于，分析光伏发电单元出口短路电流分量的正序电流分量，判断是否需要对光伏发电单元换流器控制环节调整，具体包括：若正序电流分量大于设定倍数的光伏单元换流器额定电流，则在光伏发电单元电流控制环节中增加正序限幅环节，以抑制故障期间出现的非正常电流峰值，反之进入下一步骤。
5.根据权利要求4所述的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，其特征在于，设定倍数的光伏单元换流器额定电流的倍数为1.1。
6.根据权利要求4所述的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，其特征在于，在光伏发电单元电流控制环节，限幅倍数设定为1.1-1.2倍。
7.根据权利要求1所述的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，其特征在于，所述低穿无功支撑能力要求为国家标准《GB/T 19964-2012光伏发电站接入电力***技术规定》的低穿无功支撑能力要求。
8.根据权利要求1所述的光伏发电单元仿真模型控制***修正方法，其特征在于，分析光伏发电单元出口电流正序无功分量大小，判断是否符低穿无功支撑能力要求，具体包括：
若不满足低穿无功支撑能力要求，则在光伏发电单元电流控制环节中增加有功-无功电流低穿控制策略，以向电网提供无功电压支撑，反之进入下一步骤。
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