一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法技术

本发明专利技术提供一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法，包括以下步骤：S1.建立光伏电站仿真模型；S2.分析弱电网背景下光伏电站并网对电能质量特性、电网电压的影响以及产生的谐波电流情况；S3.分析弱电网背景下光伏并网对系统稳定性的影响；S4.分析弱电网背景下光伏电站接入对系统动态响应的影响；S5.分析光伏发电出力随机性对电网特性的影响。本发明专利技术以光伏电站为研究目标，对其运行特性进行分析，进一步提高新能源的利用率，减少电能损耗。

An analysis method of grid structure and operation characteristics of large-scale photovoltaic power station connected to the local grid at the end of weak current network

【技术实现步骤摘要】
一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法
本专利技术涉及一种光伏电站分析方法，更具体地，涉及一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法。
技术介绍
随着“三北地区”光伏电站大规模并网运行，且光伏发电基地一般远离电力负荷中心，调节性电源和需求侧响应资源匮乏，使得就地消纳能力、调峰能力和系统稳定能力等问题大大制约了大规模光伏电站的可持续发展。
技术实现思路
本专利技术针对在光伏电站大规模并网运行中，光伏发电基地远离电力负荷中心，就地消纳能力、调峰能力和系统稳定能力差，导致大规模光伏电站可持续发展受到制约的问题。提供一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法，包括以下步骤：S1、建立光伏电站仿真模型；S2、分析弱电网背景下光伏电站并网对电能质量特性、电网电压的影响以及产生的谐波电流情况；S3、分析光伏并网对系统稳定性的影响；S4、分析光伏电站接入对系统动态响应的影响；S5、分析光伏发电出力随机性对电网特性的影响。进一步地，在步骤S2中光伏并网对电网电压影响的机理是：传统配电网一般呈辐射状，稳态运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低；在大量诸如光伏电池等新电源并网后，电力网络由一个放射状网络变为一个电源和用户互联的有源网络，必然会引起馈线中潮流变化，进而影响稳态电压分布。进一步地，在步骤S3中分析光伏并网对系统稳定性的影响包括：(1)不同接入位置对局部模式的影响；(2)母线1处接入光伏对区间模式的影响；(3)母线3处接入光伏对区间模式的影响。进一步的，在步骤S4中分析光伏电站接入对系统动态响应的影响包括：(1)光伏出力骤增时系统的频率响应；(2)光伏短时高出力时系统频率响应；(3)算例分析。进一步的，在步骤S5中分析光伏发电出力随机性对电网特性的影响包括：(1)分析光伏随机性对电能质量的影响；(2)分析光伏随机性对系统稳定性的影响；(3)分析光伏随机性对动态响应的影响。进一步的，光伏电站为兆瓦级电站。本专利技术的有益效果为：以光伏电站为研究目标，对其运行特性进行分析，进一步提高新能源的利用率，减少电能损耗。附图说明图1为光伏电站电气图；图2为简单供电线路图；图3为光伏电站接入后电压矢量图；图4为两区四机系统单线图；图5为基本运行方式下振荡模态图一；图6为基本运行方式下振荡模态图二；图7为基本运行方式下振荡模态图三；图8为联络线功率响应及Prony拟合结果图；图9为不同外网容量支撑下系统频率响应对比；图10为光伏出力波动曲线图；图11为同步发电机频率响应曲线图；图12为接入点电压响应曲线图；图13为光伏出力波动曲线；图14为系统频率响应曲线；图15为并网点电压波动曲线图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法:为便于根据实际工程情况搭建仿真模型，进行大容量光伏电站特性及其并网影响分析，搭建了基于模块化的兆瓦级光伏电站Simulink仿真模型，并对各模块工作特性的正确性进行了仿真验证。光伏电站电气图如图1所示。线路1的参数R＝0.181Ω，X＝0.0942Ω；线路2的参数R＝0.1267Ω，X＝0.066Ω。节点1是光伏电站输出端，节点2是光伏电站并网点，节点3是110kV母线节点。对电网电压的影响：传统配电网一般呈辐射状，稳态运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低。在大量诸如光伏电池等新电源并网后，电力网络由一个放射状网络变为一个电源和用户互联的有源网络，必然会引起馈线中潮流变化，进而影响稳态电压分布。图2所示的光伏电站并网的简单供电线路，未并人光伏电站时，线路上的电压降ΔU满足以下关系。取U1与实轴重合，则各电压矢量关系如图3所示。一般，线路两端电压的相角差δ较小，忽略电压降横分量对电压损失的影响，因此将电压纵分量近似看做电压损失，光伏电站并网点U2的表达式为：光伏电站并网后，流人并网点的有功将减少，则并网点电压U2将增大。假设光伏电站并网运行前接人点的电压、电网输出有功和无功分别用U20、P1和Q1表示，并网后分别用U21、P1和Q1表示。则由以上关系式可推出并网前后并网点电压有效值的变化量dU的表达式为：显然，将光伏电站并人配电系统末端时，会降低线路电压损耗从而抬高末端电压。由式(3.1.132)可知，电压被抬高的程度与光伏电站接人的位置(改变R，X)及光伏电站接人总容量(改变PG、QC)的大小有关。光伏电站接人节点2前，从电网10kV侧(即线路1首端)流过功率为1.496MW+j0.4369Mvar；接人后变为-1.241MW+j0.5979Mvar；线路1首端电压是10.16kV；线路1的参数R＝0.181Ω，X＝0.0942Ω。将上述参数代人式(3.1.18)可求出dU为0.0473kV。依据模型，仿真结果：接人后节点2电压为10.18kV(接人前为10.13kV)，光伏接人前后电压变化为0.05kV，与上述计算结果接近，误差为5.4％。标况下的3MW光伏电站发出有功功率2.8MW，无功功率0.151Mvar。每个节点的电压偏差和谐波电压畸变率仿真结果如下表所示。从上表可以看出各个节点电压偏差ΔU和电压畸变率THDU，均满足国家电能质量标准。对系统稳定性的影响：将系统在平衡点处线性化，得到其线性化模型：对于四机两区域系统，如图4所示，其系统状态向量x的表达式为：x＝[δiωiE'qiE'fdix1x2x3IdpvIqpvUdc]T(1≤i≤4)因此，可以得到：光伏电站未接入时系统特征矩阵为16×16阶，而接入等值光伏电站后为22×22阶。通过特征值分析法，可以得到正常运行方式下(光伏电站未接入)系统的机电振荡模式如下表所示，其振荡模态如图5、图6和图7所示。由图5、图6和图7可知，模式1和2为局部振荡模式，前者为同步发电机G3，G4之间的相互摇摆，后者为G1，G2之间的相对摇摆；模式3为区间模式，表现为区域1内同步发电机Gl，G2和区域2内G3，G4之间的相对摇摆。为了验证上述频域分析结果，采用时域仿真法进一步分析系统动态特性。故障类型设为三相短路故障，故障地点分别为母线6、10处，从第1s开始并持续40ms。采用时域仿真可以得到G2，G4电磁功率响应及联络线功率响应，分别对其动态响应曲线作Prony分析。图8为系统单回联络线功率响应曲线及其Prony拟合结果，具体的分析结果见下表。可以看出，局部模式1，2的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、建立光伏电站仿真模型；/nS2、分析弱电网背景下光伏电站并网对电能质量特性、电网电压的影响以及产生的谐波电流情况；/nS3、分析光伏并网对系统稳定性的影响；/nS4、分析光伏电站接入对系统动态响应的影响；/nS5、分析光伏发电出力随机性对电网特性的影响。/n

【技术特征摘要】
1.一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立光伏电站仿真模型；
S2、分析弱电网背景下光伏电站并网对电能质量特性、电网电压的影响以及产生的谐波电流情况；
S3、分析光伏并网对系统稳定性的影响；
S4、分析光伏电站接入对系统动态响应的影响；
S5、分析光伏发电出力随机性对电网特性的影响。


2.根据权利要求1所述的一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法，其特征在于，在步骤S2中光伏并网对电网电压影响的机理是：传统配电网一般呈辐射状，稳态运行状况下，沿馈线潮流方向，电压逐渐降低；在大量诸如光伏电池等新电源并网后，电力网络由一个放射状网络变为一个电源和用户互联的有源网络，必然会引起馈线中潮流变化，进而影响稳态电压分布。


3.根据权利要求1所述的一种大规模光伏电站接入弱电网电网末端局域电网网架和运行特性分析方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚衍廷，陈忠林，陈清化，周湘杰，张敏海，余雨婷，韩雪，欧阳华，邓松源，
申请(专利权)人：湖南铁路科技职业技术学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43