光伏并网系统仿真模型中LVRT测试优化方案

随着新能源发电规模与并网导则的快速发展，单纯的单机测试已无法满足大规模发电系统LVRT的测试需求。目前，越来越多的电网运营商要求设备商提供完整有效的系统仿真模型，能够直接嵌入电力系统级的仿真环境，通过仿真与实验测试结果的对比验证LVRT能力的有效性和可扩展性。电力系统级的稳态和暂态仿真验证还需要包括发电系统与电网的潮流交互、对电网电压和频率的影响等，以确保整个系统运行的可靠性。

LVRT测试中的仿真模型主要面向电力系统级的仿真，因此推荐采用有效值（RMS）模型，仿真步长通常为1～10ms。光伏发电系统模型应包含正常运行和故障运行中对其并网性能有明显影响的模块，包括光伏组件模块、电气模块、控制、安全及故障保护模块等。模型应能够准确反应机组的过/欠电压、过/欠频和过电流保护特性。模型仿真平台应从电力系统仿真软件PSD-BPA、电力系统分析综合程序PSASP、DIgSILENT/Power factory中选取，MATLAB/SIMULINK在系统级模型仿真中不推荐使用。

各子模块的详细数学模型可参见本书第2章的建模部分，测试过程中可根据实际需求采用精确或简化模型。变流器的控制系统应根据实际控制策略准确建模，其中变流器的过电流和过电压能力应在建模过程中予以考虑。变压器模型可采用仿真平台提供的标准模型，但应考虑分布参数的影响。控制系统模型直接关系到LVRT过程中系统动稳态特性的准确性，也是电网运营商关注的重点，应根据实际控制策略进行精确建模，确保控制系统的逻辑、计算和实际系统完全一致。控制策略应包括最大功率跟踪、恒功率运行控制、有功和无功功率调节策略、桨距角控制及与LVRT相关的控制模块等，此外对于电网故障的检测，过/欠电压保护、过/欠频保护，与LVRT过程相关的超速保护也是控制系统的一部分，需要在模型中准确体现。

仿真模型的准确度需要通过在相同电网故障条件下，对仿真结果和实验测试结果的比对进行验证，最终结果的偏差必须在一定范围之内。

为确保实验测试结果和仿真结果的可比性，两者需要具有相同的测试时序。以电网电压为基准，可将LVRT测试和仿真时序分为三个时段：A——故障前；B——故障期间；C——故障后。进一步，根据电压跌落过程中发电系统输出的有功无功功率和无功电流的特性，又可将上述各时段内部分为暂态和稳态区间，如图9-23所示，暂态区间为图中阴影部分，剩余部分为稳态区间。

图9-23 验证过程分区

跌落前1s为A时段开始时刻；电压跌落至0.9U_n时为A时段结束和B时段开始时刻；故障清除的开始时刻为B时段结束和C时段开始时刻；故障清除后，风电机组有功功率开始稳定输出后的1s为C时段结束时刻。

通过计算测试数据与仿真数据之间的偏差，考察仿真模型的准确程度。测试与仿真偏差计算的电气量通常包括有功功率P、无功功率Q和无功电流I_Q。仿真数据与测试数据的偏差应包括平均偏差、平均绝对偏差、最大偏差和加权平均绝对偏差。在各时段暂态区间，应计算平均偏差和平均绝对偏差；稳态区间则计算平均偏差、平均绝对偏差和最大偏差。

所有工况的稳态和暂态区间的平均偏差、平均绝对偏差，稳态区间的最大偏差以及加权平均绝对偏差应不大于表9-4中的偏差最大允许值。(www.xing528.com)

表9-4 偏差最大允许值

注：表中各参数意义如下，

F_1max——稳态区间平均偏差最大允许值；

F_2max——暂态区间平均偏差最大允许值；

F_3max——稳态区间平均绝对偏差最大允许值；

F_4max——暂态区间平均绝对偏差最大允许值；

F_5max——稳态区间最大偏差最大允许值；

F_Gmax——加权平均绝对偏差最大允许值。