一种大型光伏电站的电压电能情况预估方法技术

本发明专利技术公开了一种大型光伏电站的电压电能情况预估方法，在大型光伏电站建站前期以及在电站运行期间对所述光伏电站的电压电能情况进行预估，对光伏电站所在区域内的环境进行检测，获取环境数据；对环境数据处理，建立整个光伏电站的环境模型；对光伏电池组进行建模，组合成光伏阵列；通过对逆变器、变压器以及电网侧建模，将电流汇流逆变器，再通过变压器输向电网侧；建立评估模块，给出对电网的电压质量和出力情况进行数值化的评估结果。本发明专利技术为光伏电站的消纳与建设提供技术支持和基础数据，为弃风弃光电量计算提供依据，充分利用太阳能资源，获得更大的经济效益和社会效益。

【技术实现步骤摘要】
一种大型光伏电站的电压电能情况预估方法
本专利技术涉及电力系统技术，尤其涉及一种大型光伏电站的电压电能情况预估方法。
技术介绍
随着人类的发展，能源问题成为影响人类生存质量的重要问题。解决能源问题的一个主要方法是大力发展清洁能源、优化能源结构。相比于火力、水利发电，以风能和太阳能发电为代表的新能源有着独特的优势，比如清洁无污染、可再生、受地域影响小等等。在此背景下，国家开始重视并大力扶持光伏产业，光伏产业得到很快的发展。预计“十三五”期间，将大幅提高可再生能源比重，到2020年，风电和光伏发电装机分别达2亿和1亿千瓦以上。前者是“十二五”目标的一倍，后者是“十二五”目标的五倍。在未来几十年里光伏发电有着广阔的前景。随着光伏电站越建越多，光伏电站的选址工作也越来越收到重视，业主看到一块差不多的地方后，通常会找专业的技术人员帮忙评估选址是否适合做光伏电站，现行的对光伏电站的选址并没有一个合适的标准，技术人员操作起来也比较随意，考虑的因素主要包括地形地貌、大致面积、政策情况等等，很少从电力角度上去进行评估的。由于光伏电站一般选在宽阔边远地域、戈壁滩原，分布面积广，且数量多，局部环境存在差异，且受光照温度等外部环境影响较大，容易引起输出电压的较大波动，影响输出电压的质量和输出电能总容量。而且，太阳能光伏发电系统是由一系列太阳能组件电池串并联而成的，在运行过程中，由于阴影、碎片、污垢、鸟粪、电池板老化、电池板尺寸不统一、云雾遮盖或其他因素，太阳能组件效率会有不同程度的下降，而单个组件效率下降或损坏会带来系统整体的效率大幅下降。由于太阳能光伏发电系统占地面面积大，局部环境存在差异，且受光照温度等外部环境影响较大，容易引起输出电压的较大波动，影响输出电压的质量和输出电能总容量。此外，光伏电站的结构和设备的选型也影响着输出电能的质量。比如不同逆变器的MPPT算法对太阳能发电的最大功率点跟踪的速度和精度有很大差异，不合适的算法甚至可以直接引起电压闪变的出现。又比如快速变化的天气环境或者复杂的云系情况会导致每块电池板的出力程度差异大，影响电站的整体出力，引起电压波动。电压闪变是电压质量的一个非常重要的指标。电压波动造成灯光照度不稳定(灯光闪烁)的人眼视感反应称为闪变，换言之，闪变反映了电压波动引起的灯光闪烁对人视感产生的影响。电压闪变的危害表现在：①照明灯光闪烁，引起人的视觉不适和疲劳，影响工效；②电视机画面亮度变化，垂直和水平幅度摇动；③电动机转速不均匀，影响产品质量；④使电子仪器、电子计算机、自动控制设备等工作不正常；⑤影响对电压波动较敏感的工艺或试验结果。中国国家标准GB12326一90《电能质量电压允许波动和闪变》规定在公共供电点的电压波动允许值。综上，由于缺乏一个从电力角度出发的严格评估方法，现行的光伏电站在建设前期更注重对整体地形地貌的评估，最多对电站的发电规模加以估算，很少会对电能和电压质量进行评估。以至于很多光伏电站在并网前才发现某些问题，达不到并网要求，这时候再去寻找问题，更换设备或者改造电站，大大延缓了工期，增大了成本。因此，本领域的技术人员致力于开发一种该模型的建立大型光伏电站的电压电能情况预估方法，为光伏电站的消纳与建设提供技术支持和基础数据，为弃风弃光电量计算提供依据。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种大型光伏电站的电压电能情况预估方法，在建站的前期以及在电站运行期间，对光伏发电站在复杂换进下的理论出力进行模拟，以评估电站的出力情况和电压质量，尽早发现可能出现的问题，为光伏电站的消纳与建设提供技术支持和基础数据，为弃风弃光电量计算提供依据，充分利用太阳能资源，获得更大的经济效益和社会效益。为实现上述目的，本专利技术提供了一种大型光伏电站的电压电能情况预估方法，在大型光伏电站建站前期以及在电站运行期间对所述光伏电站的电压电能情况进行预估，包括如下步骤：对光伏电站所在区域内的环境进行检测，获取环境数据；对所述环境数据处理，建立整个光伏电站的环境模型；对光伏电池组进行建模，得到所述光伏电池组整体的电学特性，根据所述环境模型，确定每块光伏电池板上的环境数据，与所述光伏电池组的模型相结合，确定所述光伏电池的发电情况与环境的定量关系，将所述多块光伏电池板串并联，组合成光伏阵列；通过对逆变器、变压器以及电网侧建模，将电流汇流逆变器，再通过变压器输向电网侧；建立评估模块，给出对电网的电压质量和出力情况进行数值化的评估结果。优选地，所述环境数据通过Zigbee无线通信协议方式采集各检测监测点的环境数据。优选地，所述环境数据为光照强度和温度数据。优选地，所述环境数据模型通过二元插值方法对所述环境数据进行处理，得到所述光伏电站的环境模型，具体方法如下：设实值函数：f(x,y)，其函数值为环境实测的温度或光照度值；定义在矩形区域：D＝{a<x<b，c<y<d}，此为光伏阵列区域；插值节点集:即光伏环境测点所在坐标位置，Z＝{(xi,yj)|a<x0<x1<…<xn<…<b,c<y0<y1<…<ym<…<d}.取在Z上线性无关的，函数组其中，是次数关于x不高于n次、关于y不高于m次的二元多项式。在函数空间上寻找二元插值多项式选择二元拉格朗日插值法的插值基函数其中,使其满足插值条件pmn(xi,yj)＝f(xi,yj)其中i＝0,1…n；j＝0,1…m.满足插值条件的二元插值函数是唯一存在的。当f(xi,yj)随时间动态变化时,其二元插值多项式也随时间动态变化，即优选地，所述光伏电池组建模步骤为：任意太阳辐射强度R(w/m2)和环境温度Ta(℃)的条件下，太阳电池板的温度为：其中系数a、b与电池板的性质有关。设在参考条件下，Isc为短路电流，Voc为开路电压，Im,Vm为最大功率点的电流和电压，则当光伏阵列的电压为V，其对应的电流为I。则其中，若考虑到辐射强度变化和温度的影响，则，DV＝-β*DT-Rs*DIDT＝Tc-Tref其中，α为电流变化温度系数，β为电压变化温度系数，R光伏模块的串联电阻。优选地，所述光伏电池、逆变器和电网侧模型的建模在PSCAD/EMTD平台上完成。优选地，所述电网侧模型采用负荷模型，将负荷用恒定阻抗模拟，在暂态过程中负荷的阻抗值保持不变，其数值由扰动前稳态状况下负荷所吸收的功率和负荷节点的电压来决定。优选地，所述电压质量包括括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电压瞬变现象、电压波动与闪变、电压暂降(暂升)与中断、电压谐波、电压陷波、欠电压、过电压。优选地，所述电压质量为光伏电站中经常出现的电压闪变问题，所述电压闪变的检测方法采用平方解调法检测调制信号，计算瞬时闪变视感度S(t)以及短时闪变值Pst，具体步骤为：输入电压信号U(t)；通过适配和自检信号对电压U(t)进行检测；通过平方检测滤波器进行滤波；通过0.05～35Hz带通滤波器，加权滤波器进行滤波；通过平方器，一阶滤波器进行滤波，得到瞬时闪变视感度S(t)；进行闪变的统一评定，得到短时闪变值Pst。一种大型光伏电站的电压电能情况预估系统，包括环境检测模块，环境数据处理模块，光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大型光伏电站的电压电能情况预估方法，在大型光伏电站建站前期以及在电站运行期间对所述光伏电站的电压电能情况进行预估，其特征在于，包括如下步骤：对光伏电站所在区域内的环境进行检测，获取环境数据；对所述环境数据处理，建立整个光伏电站的环境模型；对光伏电池组进行建模，得到所述光伏电池组整体的电学特性，根据所述环境模型，确定每块光伏电池板上的环境数据，与所述光伏电池组的模型相结合，确定所述光伏电池的发电情况与环境的定量关系，将所述多块光伏电池板串并联，组合成光伏阵列；通过对逆变器、变压器以及电网侧建模，将电流汇流逆变器，再通过变压器输向电网侧；建立评估模块，给出对电网的电压质量和出力情况进行数值化的评估结果。

【技术特征摘要】
1.一种大型光伏电站的电压电能情况预估方法，在大型光伏电站建站前期以及在电站运行期间对所述光伏电站的电压电能情况进行预估，其特征在于，包括如下步骤：对光伏电站所在区域内的环境进行检测，获取环境数据；对所述环境数据处理，建立整个光伏电站的环境模型；对光伏电池组进行建模，得到所述光伏电池组整体的电学特性，根据所述环境模型，确定每块光伏电池板上的环境数据，与所述光伏电池组的模型相结合，确定所述光伏电池的发电情况与环境的定量关系，将所述多块光伏电池板串并联，组合成光伏阵列；通过对逆变器、变压器以及电网侧建模，将电流汇流逆变器，再通过变压器输向电网侧；建立评估模块，给出对电网的电压质量和出力情况进行数值化的评估结果。2.如权利要求1所述的电压电能情况预估方法，其特征在于，所述环境数据通过Zigbee无线通信协议方式采集各检测监测点的环境数据。3.如权利要求2所述的电压电能情况预估方法，其中其特征在于，所述环境数据为光照强度和温度数据。4.如权利要求3所述的电压电能情况预估方法，其中其特征在于，所述环境数据模型通过二元插值方法对所述环境数据进行处理，得到所述光伏电站的环境模型，具体方法如下：设实值函数：f(x,y)，其函数值为环境实测的温度或光照度值；定义在矩形区域：D＝{a<x<b，c<y<d}，此为光伏阵列区域；插值节点集:即光伏环境测点所在坐标位置，Z＝{(xi,yj)|a<x0<x1<…<xn<…<b,c<y0<y1<…<ym<…<d}.取在Z上线性无关的，函数组其中，是次数关于x不高于n次、关于y不高于m次的二元多项式；在函数空间上寻找二元插值多项式选择二元拉格朗日插值法的插值基函数其中，使其满足插值条件pmn(xi,yj)＝f(xi,yj)其中i＝0,1…n；j＝0,1…m.满足插值条件的二元插值函数是唯一存在的；当f(xi,yj)随时间动态变化时,其二元插值多项式也随时间动态变化，即5.如权利要求4所述的电压电能情况预估方法，其中其特征在于，所述光伏电池组建模步骤为：任意太阳辐射强度R(w/m2)和环境温度Ta(℃)的条件下，太阳电池板的温度为其中系数a、b与电池板的性质有关；设在参考条件下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宁渤，马明，曹银利，马彦宏，张健美，周强，赵龙，王明松，吕清泉，王定美，陈钊，张艳丽，
申请(专利权)人：甘肃省电力公司风电技术中心，国网甘肃省电力公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62