大型光伏电站的在线分群等值建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光伏电站技术领域，特别涉及一种大型光伏电站的在线分群等值建模 方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，我国并网太阳能发电呈跨越式发展，光伏发电接入电力系统的规模不断 增加。作为大规模集中利用太阳能的有效方式，大型并网光伏电站在我国发展迅猛。但是 光伏电站的大规模接入电网，势必会对电网的安全稳定运行产生影响，而建立准确的大型 光伏电站的动态等值模型成为定量评估大型光伏电站集中接入对电网影响的分析基础。然 而，另一方面，为了防止电网故障时光伏电站的脱网造成故障的进一步恶化，以及希望光伏 电站能够对故障进行一定程度的支援，低电压穿越（low voltage ride_through，LVRT)能 力被作为光伏电站的必备并网指标之一进行考核。
[0003] 现阶段，对于光伏电站的整体建模，国内外学者已经做了一部分工作，但与光伏电 站的实际运行特性相比，还远远不够。相关技术中提出了三种建模方法，第一种，单台光伏 机组或小容量光伏电站的建模方法，然而在组成结构、运行特性，以及与电网的交互影响方 面，大容量光伏电站与小容量光伏电站存在较大差异，因此不能简单将其建模方法推广至 大型光伏电站；第二种，光伏电站的等效建模方法，针对所有并网逆变器采用同一控制模型 和参数，然而这不适用于大型光伏电站中的逆变器来自不同厂家的情况；第三种，逆变器控 制方式相同但控制参数不同时的光伏电站的分群建模方法，但是该方法并未考虑低电压穿 越时光伏电站应提供一定的无功支撑所引起的模型变化，不能反映实际运行中的大型光伏 电站的特性。然而，对于含低电压穿越的大型光伏电站的在线建模，国内外目前尚无提出相 关方法，可能会影响光伏电站并网分析的准确性，以及电力系统的安全稳定运行。
【发明内容】
[0004] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0005] 为此，本发明的一个目的在于提出一种大型光伏电站的在线分群等值建模方法， 能够实现含低电压穿越的大型光伏电站的在线分群等值模型的建立，提高光伏电站并网影 响分析的准确性，从而有效保证电力系统的安全稳定运行。
[0006] 为了实现上述目的，本发明一方面实施例的大型光伏电站的在线分群等值建模方 法，所述大型光伏电站包括η个光伏发电单元、η个升压变压器和公共连接点PCC，并提供有 功无功控制、低电压穿越控制和输出电流计算环节，根据所述输出电流计算环节实现所述η 个光伏发电单元与电网的并网接口，其中，η为正整数，所述方法包括以下步骤：S1通过离 线测试和辨识算法获得所述η个光伏发电单元的模型参数，并根据光伏电站的实际情况选 择典型出力水平和典型故障，计算所述η个光伏发电单元在所述典型出力水平及各种所述 典型故障类型及大小下控制参数的灵敏度，以及建立灵敏度离线数据库；S2在线实测所述 η个光伏发电单元的功率信息，并根据实测的功率信息与所述灵敏度离线数据库在线匹配 获得在线灵敏度矩阵；S3以所述灵敏度加权的特征距离为分群指标，根据预设置的分群指 标阈值，利用聚类算法获得所述η个光伏发电单元有功无功控制环节的分群结果；S4根据 所述分群结果，计算各群等值参数，并建立所述有功无功控制环节的分群等值模型；S5将 所述η个光伏发电单元的低电压穿越控制环节等值为一个等值模型，与所述有功无功控制 环节的分群等值模型共同构成光伏电站的分群等值模型；以及，S6根据扰动数据进行模型 校核，如果误差不满足预设容许要求，则调整所述分群指标阈值，并重复步骤S3-S6,直至所 述光伏电站的分群等值模型满足误差要求。
[0007] 根据本发明实施例的大型光伏电站的在线分群等值建模方法，建立控制参数灵 敏度离线数据库，并在线实测η个光伏发电单元的功率信息，然后根据实测的功率信息与 灵敏度离线数据库在线匹配获得在线灵敏度矩阵，而后以灵敏度加权的特征距离为分群指 标，根据预设置的分群指标阈值，利用聚类算法获得η个光伏发电单元有功无功控制环节 的分群结果，并根据分群结果，计算各群等值参数，以及建立有功无功控制环节分群等值模 型，同时将η个光伏发电单元的低电压穿越控制环节等值为一个等值模型，与上述有功无 功控制环节分群等值模型共同构成光伏电站的分群等值模型，最后根据扰动数据进行模型 校核获得大型光伏电站的在线分群等值模型。该方法能够实现含低电压穿越的大型光伏电 站的在线分群等值模型的建立，提高光伏电站并网影响分析的准确性，从而有效保证电力 系统的安全稳定运行。
[0008] 另外，根据本发明上述大型光伏电站的在线分群等值建模方法还可以具有如下附 加的技术特征：
[0009] 在本发明的一个实施例中，通过以下公式计算所述特征距离：
[0011] 其中，S = [Κρ，I]，为所述η个光伏发电单元有功无功控制参数向量，Sp Sj分别 为光伏单元i、j的有功无功控制参数向量；Λ = ,为有功无功控制参数所对应的灵 敏度向量，λ ;、λ ^分别为所述光伏单元i、j的有功无功控制参数所对应的灵敏度向量。
[0012] 在本发明的一个实施例中，通过以下公式计算所述灵敏度：
[0014] 其中，P⑴为参数X未改变时i时刻的有功功率，P'⑴为参数X变为X'时的有 功功率，Sb_为功率基值，L b_为参数X所属类的参数基值，Δ X = X' -X，为参数X的实际变 化量，λ (X)为参数X的灵敏度。
[0015] 在本发明的一个实施例中，所述灵敏度加权的特征距离是由所述η个光伏发电单 元的控制参数及其对应的灵敏度计算获得，如果两个光伏发电单元的所述灵敏度加权的特 征距离小于所述分群指标阈值，则所述两个光伏发电单元的有功无功控制环节分为一群。
[0016] 在本发明的一个实施例中，所述η个光伏发电单元通过所述η个升压变压器并联 于所述公共连接点PCC。
[0017] 本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到
【附图说明】
[0018] 图1是根据本发明一个实施例的大型光伏电站的在线分群等值建模方法的流程 图。
[0019] 图2是根据本发明一个实施例的大型光伏电站的在线分群等值建模方法中的大 型光伏电站结构示意图。
[0020] 图3是根据本发明一个实施例的大型光伏电站的在线分群等值建模方法中的光 伏发电单元的控制框架示意图。
【具体实施方式】
[0021] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0022] 图1是根据本发明一个实施例的大型光伏电站的在线分群等值建模方法的流程 图。在本发明的实施例中，大型光伏电站包括η个光伏发电单元、η个升压变压器和公共连 接点PCC，并提供有功无功控制、低电压穿越控制和输出电流计算环节，根据输出电流计算 环节实现η个光伏发电单元与电网的并网接口，其中，η为正整数。
[0023] 在本发明的一个实施例中，η个光伏发电单元通过η个升压变压器并联于公共连 接点PCC。
[0024] 如图2-3所示，η个光伏发电单元通过η个升压变压器并联于公共连接点PCC。其 中，P"是光伏阵列的最大有功功率，I q。为指定的无功电流，η个光伏发电单元通过输出电流 计算这一环节实现与电网的并网接口。
[0025] 如图1所示，根据本发明一个实施例的大型光伏电站的在线分群等值建模方法， 包括以下步骤：
[0026] 步骤S1，通过离线测试和辨识算法获得η个光伏发电单元的模型参数，并根据光 伏电站的实际情况选择典型出力水平和典型故障，计算η个光伏发电单元在典型出力水平 及各种典型故障类型及大小下控制参数的灵敏度，以及建立灵敏度离线数据库。
[0027] 在具体的实施例中，在建立灵敏度离线数据库中，首先通过离线测试和辨识算法 获得η个光伏发电单元的模型参数，然后根据光伏电站的实际情况，选择典型出力水平和 典型故障，例如：可将出力水平从0-1划分为有限10档，并将故障方式分类，每种故障方 式可根据电压跌落的严重程度划分为10档，具体划分情况以实际情况为准，计算η个光伏 发电单元在典型出力水平及各种典型故障下控制参数的灵敏度，最终建立灵敏度离线数据 库。
[0028] 在本发明的实施例中，分群指标的计算需要用到控制参数对应的灵敏度，但是灵 敏度的大小与η个光伏发电单元本身的出力水平和故障类型及大小有关，若在线计算灵敏 度则计算量大，不满足实际需求，因此，本发明提出离线计算各光伏发电单元在不同出力和 典型故障下的灵敏度，并建立灵敏度离线数据库，然后根据监测到的η个光伏发电单元出 力水平和故障类型及大小进行在线匹配，从而获得在线灵敏度，用于在线分群等值建模。
[0029] 步骤S2,在线实测η个光伏发电单元的功率信息，并根据实测的功率信息与灵敏 度离线数据库在线匹配获得在线灵敏度矩阵。在本发明的一个实施中，可通公式（1)计算 上述灵敏度：
[0031] 其中，P(i)为参数X未改变时i时刻的有功功率，P'（i)为参数X变为X'时的有 功功率，Sb_为功率基值，L b_为参数X所属类的参数基值，Δ X = X' -X，为参数X的实际变 化量，λ (X)为参数X的灵敏度。
[0032] 步骤S3,以灵敏度加权的特征距离为分群指标，根据预设置的分群指标阈值，利用 聚类算法获得η个光伏发电单元有功无功控制环节的分群结果。其中，预设置的分群指标 阈值可以根据实际情况进行标定。
[0033] 其中，在本发明的一个实施例中，灵敏度加权的特征距离是由η个光伏发电单元 的控制参数及其对应的灵敏度计算获得，如果两个光伏发电单元的灵敏度加权的特征距离 小于分群指标阈值，则两个光伏发电单元的有功无功控制环节分为一群。
[0034] 另外，在本发明的一个实施例中，可通过公