大规模光伏电站建模及外特性研究

随着光伏发电系统装机容量的不断扩增,光伏电站接入电网后势必会对电网产生一系列的影响,给电网的发展规划带来诸多挑战。为满足光伏发电规模化应用的需求,需要建立大规模光伏电站的等效仿真模型,旨在对其并网外特性及给电网带来的影响进行研究和分析,以期能够发现大规模光伏电站并网运行后电网可能面临的问题并提出相应解决对策。 本文围绕光伏发电系统各个组成部分的建模方法展开研究,建立了包括光伏发电阵列单元、光伏并网逆变器、变压器和集电线路的模型,及阵列侧MPPT控制和逆变器电压定向控制策略的模型。在此基础上,结合内蒙某地区5MW光伏电站实际项目参数及器件选型,建立大规模光伏电站详细等效模型。针对详细模型仿真采样率要求较高而造成仿真运行耗时过长的问题,对模型做出适当简化,采用受控源模型代替开关器件模型,并通过理论分析计算建立大规模光伏电站的平均等效模型。分析验证等效模型及控制方法的正确性,研究结果表明所建立的大规模光伏电站等效模型能够准确表现出光伏电站的输出外特性。 由于我国大规模光伏电站多建于太阳能资源丰富的荒漠之上,在光伏电站普遍面临长距离输电问题的前提下,从电网角度出发,研究更多关注的是光伏电站整体作为一个发电单元所表现出的外特性。本文基于等效聚合模型的建模原则,研究大规模光伏电站等效聚合模型的建模方法,以实例等效模型为基础,建立了大规模光伏电站的等效聚合模型。经仿真分析验证,等效聚合模型能够准确的表现出光伏电站的输出特性及暂态、稳态性能。 将等效聚合模型接入电网作为研究样本,分别设计网侧三相短路接地故障、辐照度突变和负荷波动仿真算例,分析研究大规模光伏电站接入电网后可能给电力系统带来的各种影响。研究结果表明大规模光伏电站接入电网后,其出力的随机波动性和缺乏无功输出能力的特点是造成系统稳定性问题的根本原因。在建设大规模光伏电站时,需要考察电网网架结构,并与一定容量的传统发电站搭配建设,以解决系统调峰和调频问题。而且光伏电站自身需要配备一定容量的无功补偿设备,具备低电压穿越能力,以满足系统暂态稳定要求。