李峰，李威，薛峰，施濤

（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003）

規(guī)?；夥娬九c電網(wǎng)暫態(tài)交互影響定量分析

李峰，李威，薛峰，施濤

（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，江蘇南京210003）

Technology Project Founded by State Grid of China（SG0944）。

近年來，國內(nèi)大型并網(wǎng)光伏電站數(shù)量迅速增加，規(guī)模風(fēng)速擴大：2009年12月30日，位于甘肅敦煌市郊的國投10MWp光伏電站順利投產(chǎn)發(fā)電；2010年5月25日，設(shè)計裝機容量亞洲第一的昆明石林太陽能光伏并網(wǎng)實驗示范電站一期20MWp項目正式并網(wǎng)發(fā)電；2010年10月8日，亞洲最大的薄膜太陽能光伏電站——山東濟寧華瀚光伏電站并入國家電網(wǎng)開始進(jìn)入試運行階段，設(shè)計發(fā)電能力為30MWp；此外，青海、寧夏、內(nèi)蒙古、云南、海南等地10MW級以上大型光伏電站建設(shè)規(guī)劃也紛紛出臺。而2010年11月2日全球最大光伏電站——鄂爾多斯2GWp光伏電站項目的批建，更是具有標(biāo)桿意義，預(yù)示著規(guī)模化光伏電站并網(wǎng)應(yīng)用時代的到來[1]。

相對分布式光伏發(fā)電、與建筑結(jié)合的光伏發(fā)電（BIPV），大型并網(wǎng)光伏電站不僅要關(guān)心光伏電站并網(wǎng)后的繼電保護(hù)、電能質(zhì)量等方面的影響，而且要研究對電網(wǎng)安全穩(wěn)定的影響。我國的大型并網(wǎng)光伏電站多集中在西北、華北等日照資源豐富的荒漠、半荒漠地區(qū)，這些地區(qū)一般地域范圍廣而本地負(fù)荷小，光伏電站的電力需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送[2]。隨著光伏電站數(shù)量和規(guī)模的不斷加大，當(dāng)光伏發(fā)電處于場站側(cè)發(fā)生諸如云層生消等動態(tài)變化或電網(wǎng)側(cè)發(fā)生故障等非正常運行狀態(tài)時，光伏電站與電網(wǎng)之間復(fù)雜的交互影響關(guān)系，給光伏并網(wǎng)的安全穩(wěn)定分析帶來了新的挑戰(zhàn)。

目前對光伏電站接入系統(tǒng)問題的研究，大部分都是基于分布式發(fā)電系統(tǒng)開展的。一般將光伏電站看作一個恒定功率的負(fù)負(fù)荷，或者小型的同步或異步發(fā)電機。在進(jìn)行潮流計算時，用一個PQ節(jié)點描述光伏電站，在進(jìn)行穩(wěn)定分析時，則將光伏電站看作一個小型的同步或者異步發(fā)電機。由于光伏電站的電氣特性與負(fù)荷、同步或異步發(fā)電機有著本質(zhì)的差別：光伏陣列輸出的功率與環(huán)境因素密切相關(guān)，太陽能電池的伏-安特性呈非線性，需要最大功率跟蹤控制器找到光伏陣列在確定日照和溫度條件下輸出最大功率時對應(yīng)的工作電壓，以適應(yīng)環(huán)境的變化；光伏陣列輸出的直流電力通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流電力，逆變器的工作點在輸入側(cè)要與光伏陣列輸出電壓匹配，在輸出側(cè)要滿足交流并網(wǎng)的條件；光電能量轉(zhuǎn)換過程中不產(chǎn)生也不消耗無功，在逆變過程需要消耗無功，通常的光伏發(fā)電系統(tǒng)需要配置無功補償設(shè)備，對并網(wǎng)點的功率因數(shù)進(jìn)行控制等等[3-4]。所以，目前大部分的等值分析方法必然導(dǎo)致分析結(jié)果的不可信。

為此，國內(nèi)外學(xué)者也開始針對光伏電站并網(wǎng)安全穩(wěn)定分析建立了光伏電站模型，并基于此開展了相關(guān)的并網(wǎng)研究。文獻(xiàn)[5]利用整體建模的方法將光伏電站與系統(tǒng)交互影響的兩個特征變量——太陽光輻照度和系統(tǒng)電壓與光伏電站模型結(jié)合，建立了一個適合系統(tǒng)穩(wěn)定分析的光伏電站模型，仿真與實驗結(jié)果相比較證實，該模型能夠反映太陽光輻照度和系統(tǒng)電壓發(fā)生快速或者緩慢變化時光伏電站的動態(tài)響應(yīng)；文獻(xiàn)[6-7]同時采用時域仿真和特征值分析的方法，分析了太陽光輻照度隨機波動和系統(tǒng)突然擾動時，并網(wǎng)光伏電站的動態(tài)穩(wěn)定性，并通過對比分析，證實了該方法的有效性；文獻(xiàn)[8]則在PSS/E仿真平臺上，利用自定義模塊功能構(gòu)建了光伏電站模型，并以新英格蘭39節(jié)點系統(tǒng)為列，仿真分析了不同滲透率下光伏發(fā)電對系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響。分析結(jié)論表明，規(guī)模越大的光伏電站在太陽光輻照度變化或者系統(tǒng)故障時，對系統(tǒng)安全穩(wěn)定會造成更嚴(yán)重的負(fù)面影響。但是，以上對于光伏電站并網(wǎng)后的系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析，都只是定性的描述了光伏電站與系統(tǒng)的交互影響特性，對于光伏電站在對系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性的影響方面與常規(guī)電源具體有何不同，沒有做進(jìn)一步的分析研究。

本文在電力系統(tǒng)暫態(tài)安全量化分析軟件FASTEST[9]平臺上以研究規(guī)?；夥娬窘尤胂到y(tǒng)后的穩(wěn)定性分析為目的，建立了大型并網(wǎng)光伏電站的仿真模型，并通過對仿真結(jié)果的定量分析，比較了2種浮云遮擋情況下光伏電站對系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的影響，以及電網(wǎng)側(cè)故障時，光伏電站與常規(guī)電源不同的暫態(tài)響應(yīng)特性。

1 適合穩(wěn)定分析的光伏電站模型

1.1 光伏并網(wǎng)發(fā)電單元模型

典型的光伏并網(wǎng)發(fā)電單元由光伏陣列、逆變器和控制器組成，如圖1所示。光伏陣列將太陽能量轉(zhuǎn)變成直流電能；逆變器將光伏陣列所發(fā)之直流電能逆變成正弦電流注入電網(wǎng)中；控制器控制光伏陣列的最大輸出功率、控制逆變器并網(wǎng)電流波形，使向電網(wǎng)傳送的功率與光伏陣列所發(fā)的最大功率電能相平衡并滿足并網(wǎng)電壓的要求。

圖1 光伏并網(wǎng)發(fā)電單元Fig.1 Unit of grid-connected photovoltaic system

本文以研究規(guī)?；夥娬窘尤胂到y(tǒng)后安全穩(wěn)定分析為目的，以準(zhǔn)確反映光伏電站隨外界環(huán)境變化和系統(tǒng)發(fā)生擾動時動態(tài)響應(yīng)特性為要求，采用核心器件建模的方式，按照光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的構(gòu)成，分別建立了光伏陣列模型、逆變器模型和控制器模型，從而形成了一個完整的、能夠體現(xiàn)太陽光輻照度變化和光伏電站控制策略調(diào)整等動態(tài)特性的光伏電站模型[10-12]，具體說明如下：

1）光伏陣列模型。基于硅太陽電池理論數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo)，忽略一些次要因素的影響，利用太陽電池生產(chǎn)廠商提供的，在標(biāo)準(zhǔn)測試條件下的4個電氣參數(shù)（短路電流，開路電壓，最大功率工作點電流和最大功率工作點電壓）和通過引入相應(yīng)補償系數(shù)來考慮太陽光輻照度和電池溫度的任意變化，再根據(jù)太陽電池的串并聯(lián)關(guān)系組成光伏陣列，進(jìn)而模擬隨外界環(huán)境變化的光伏陣列輸出電氣特性，具體見參考文獻(xiàn)[13]。

2）逆變器模型。根據(jù)安全穩(wěn)定分析的需要，文中采用不考慮逆變器飽和等因素影響的理想正弦波調(diào)制逆變器模型[14-15]，如式（1）所示

式中，Uacd，Uacq分別為交流電壓的d軸分量和q軸分量；K0為比例系數(shù)；Pmd和Pmq為逆變器的調(diào)制比。

3）控制器模型。光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的控制主要由兩部分構(gòu)成，即最大功率跟蹤控制和并網(wǎng)波形控制。光伏陣列功率輸出特性具有非線性特征，受太陽輻照度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。在一定的太陽輻射度和環(huán)境溫度下，光伏陣列可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏陣列的輸出功率才能達(dá)到最大值，但是當(dāng)忽略溫度效應(yīng)時，光伏陣列在不同光照強度下的最大功率輸出點總是近似在某一個恒定的電壓值附近。因此，為了使光伏陣列輸出功率盡可能地最大化，通?？刹捎煤愣妷海–onstant Voltage Tracking）和最大功率跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制策略[16-17]，前者使陣列的工作點穩(wěn)定在某個電壓附近，不僅簡化了整個控制系統(tǒng)，也保證了輸出功率接近最大功率輸出點，而后者則是實時檢測光伏陣列的輸出功率，通過一定的控制算法預(yù)測當(dāng)前工況下陣列可能的最大功率輸出，調(diào)整光伏陣列的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，本文所實現(xiàn)的模型中，該2種控制方式都已實現(xiàn)，通過調(diào)整圖1中的Pord即可。此外，并網(wǎng)波形控制通過將并網(wǎng)電流相量按照并網(wǎng)電壓相位角分解成有功和無功分量，即可實現(xiàn)有功和無功的解耦控制[14]，并根據(jù)控制結(jié)果得到圖1中的Pmd和Pmq。

1.2 與FASTEST集成的光伏電站模型

目前國內(nèi)外成熟的電力系統(tǒng)仿真分析軟件都沒有完善的光伏電站模型，但一些商業(yè)化的電力系統(tǒng)軟件，如PSS/E、ETAP、DIgSILENT等，都擁有靈活的自定義模塊功能，大多數(shù)相關(guān)研究都是基于這些軟件開展的。

本文在自主設(shè)計的商業(yè)化暫態(tài)安全穩(wěn)定量化分析軟件FASTEST平臺上開發(fā)了光伏電站并網(wǎng)仿真功能。同其他電力系統(tǒng)暫態(tài)分析軟件最大的區(qū)別在于，F(xiàn)ASTEST采用了定量分析技術(shù)[9]：FASTEST暫態(tài)功角穩(wěn)定分析算法采用了EEAC算法，該穩(wěn)定性理論嚴(yán)格推導(dǎo)了非自治電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性的充要條件，從理論上確保了算法的正確性；在暫態(tài)電壓安全性方面，F(xiàn)ASTEST除了考慮動態(tài)負(fù)荷的暫態(tài)穩(wěn)定性外，還用一組二元表（低電壓門檻值，容許低電壓的持續(xù)時間）來描述不同母線對暫態(tài)電壓跌落可接受性的要求；對于暫態(tài)頻率安全性，F(xiàn)ASTEST中用一組二元表（頻率跌落門檻值，容許的頻率異常持續(xù)時間）來描述對暫態(tài)頻率偏移可接受性的要求，進(jìn)而給出了定量評估暫態(tài)頻率偏移可接受性的裕度指標(biāo)。因此，在該軟件中,集成光伏電站模型將非常有益于了解光伏電站并網(wǎng)后與系統(tǒng)間的交互影響關(guān)系，明確光伏電站同常規(guī)電源之間的區(qū)別。

將1.1節(jié)所述光伏并網(wǎng)發(fā)電單元并聯(lián)組成光伏電站，在FASTEST中按照圖2所示求解光伏電站的注入電流，并與網(wǎng)絡(luò)方程迭代計算，即可實現(xiàn)含有光伏電站的電力系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定量化分析。

圖2 數(shù)值計算模型Fig.2 Numerical model

2 暫態(tài)穩(wěn)定性定量分析

利用在FASTEST中建立的光伏電站模型，進(jìn)行光伏電站與電網(wǎng)暫態(tài)交互影響定量分析。選用EPRI-36節(jié)點系統(tǒng)，如圖3所示。給定運行方式下，系統(tǒng)負(fù)荷為2500MW，在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的母線（8）安裝光伏電站，用來模擬我國大型光伏電站都在偏遠(yuǎn)地區(qū)安裝的實際。穩(wěn)態(tài)時，假定太陽光輻照度1000W/m2，電池溫度25℃，光伏電站出力250MW，滲透率為10%。

圖3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 System structure

光伏電站參數(shù)說明：1）光伏電站由500個并網(wǎng)發(fā)電單元并聯(lián)組成，每個并網(wǎng)發(fā)電單元的光伏陣列由20個太陽能光伏電池串聯(lián)成串后，再由160串并聯(lián)而成；2）每塊太陽能光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)測試環(huán)境（太陽光輻照度1000W/m2，電池溫度25℃）下的4個技術(shù)參數(shù)，開路電壓、短路電流、最大功率工作點電壓和最大功率工作點電流分別是43.2V，4.9A，34.4V和4.51A。

光伏電站大規(guī)模接入電網(wǎng)后，與電網(wǎng)間的暫態(tài)交互影響可以從2方面考慮，一是外界環(huán)境的瞬時變化，二是系統(tǒng)內(nèi)部的瞬時故障，本節(jié)具體對浮云遮擋和網(wǎng)側(cè)故障這兩種典型情況進(jìn)行仿真分析，從對系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性的影響角度出發(fā)，用量化數(shù)據(jù)來探討光伏電站與常規(guī)電源在影響電網(wǎng)運行特性方面的區(qū)別。

2.1 浮云遮擋

目前多數(shù)并網(wǎng)光伏電站的出力跟隨太陽光輻照度變化，延時僅有幾μs，因此輻照功率的突變就直接對接入系統(tǒng)造成沖擊。當(dāng)光伏電站容量達(dá)到一定水平時，這種沖擊會給系統(tǒng)穩(wěn)定性帶來較明顯的影響，甚至可導(dǎo)致系統(tǒng)失去穩(wěn)定。

浮云遮擋是導(dǎo)致光伏電站出力突然減少的主要原因，在此對比考慮2種浮云遮擋情況，一種是太陽光輻照度從1s開始，到2s時逐漸降低200W/m2，而另一種是太陽光輻照度從1s開始，到2s時逐漸降低600W/m2，2種情況都是從2s后，太陽光輻照度逐漸恢復(fù)到初始值，如圖4所示。受輻照度變化影響，光伏電站輸出有功變化明顯，尤其在第二種情況下，輸出有功從250MW跌落至100MW，變化率達(dá)到了60%，如圖5所示。在有功功率的突然變化下，系統(tǒng)的暫態(tài)功角穩(wěn)定性幾乎不受影響，通過EEAC算法計算，2種情況下功角穩(wěn)定裕度均為100，但是系統(tǒng)暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性受影響明顯，如圖6和7所示，在選用相同二元表進(jìn)行定量計算后，輻照度變化200W/m2和輻照度變化600W/m2情況下的光伏電站節(jié)點的暫態(tài)電壓跌落可接受裕度分別為71.56和79.41，暫態(tài)頻率偏移可接受裕度為46.27和49.35，參見表1。

圖4 太陽光輻照度Fig.4 Solar irradiation

圖5 光伏電站輸出有功功率Fig.5 Active power of PV plant

圖6 光伏電站母線電壓Fig.6 Voltage of PV plant

圖7 光伏電站母線頻率Fig.7 Frequency of PV plant

表1 暫態(tài)安全裕度Tab.1 Transient security margin

可見，所建模型能夠模擬外界環(huán)境變化時，光伏電站的暫態(tài)響應(yīng)特性，而量化分析的結(jié)果則表明，隨著浮云遮擋時太陽光輻照度變化強度的增大，光伏電站對系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響也越來越大，其中以暫態(tài)頻率穩(wěn)定性為首（49.35,46.27），暫態(tài)電壓穩(wěn)定性次之（79.41,71.56），而暫態(tài)功角穩(wěn)定性受影響最弱（100,100）。仿真算例中，光伏電站在系統(tǒng)中的滲透率為10%，隨著光伏電站滲透率的增大，在浮云遮擋時對系統(tǒng)的沖擊也更為明顯，當(dāng)光伏電站的滲透率為15%時，在輻照度變化600W/m2情況下，系統(tǒng)失穩(wěn)。

2.2 網(wǎng)側(cè)故障

光伏電站與常規(guī)電源有較大區(qū)別，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動時，光伏電站的暫態(tài)響應(yīng)特性也必然不同于常規(guī)電源。為此，在母線（8）處分別安裝光伏電站和同等發(fā)電量的同步發(fā)電機，同步發(fā)電機帶有相應(yīng)的勵磁和調(diào)速系統(tǒng)。為避免光伏電站的保護(hù)系統(tǒng)動作，便于比較，選擇在電氣距離相對較遠(yuǎn)、負(fù)載較輕的線路（21）～（16）設(shè)置相同的故障，分析比較在電網(wǎng)發(fā)生故障時，光伏電站與常規(guī)電源不同的暫態(tài)響應(yīng)特性。

0 s時，線路（21）～（16）的首端發(fā)生三相短路故障，0.1s時首端切除，0.12s時末端切除，故障消失。故障期間，光伏電站輸出有功功率跌落較同步機明顯，故障消失后，由于缺少旋轉(zhuǎn)慣量，光伏電站的有功恢復(fù)也相對同步發(fā)電機較慢，如圖8所示。在整個仿真過程中，光伏電站對系統(tǒng)安全穩(wěn)定性的影響相對同步發(fā)電機要更明顯一些，詳見圖9—圖11，其中，安裝光伏電站仿真時，暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度、暫態(tài)電壓跌落可接受裕度和暫態(tài)頻率偏移可接受裕度分別為95.67、77.19和57.56，安裝同步發(fā)電機時，考察除該同步機之外的其他同步發(fā)電機的暫態(tài)功角穩(wěn)定裕度為96.68，而暫態(tài)電壓跌落可接受裕度和暫態(tài)頻率偏移可接受裕度分別為85.15和81.12，參見表2。

圖8 光伏電站輸出有功功率Fig.8 Active power of PV plant

圖9 系統(tǒng)最大功角差Fig.9 Max angle difference of system

圖10 光伏電站母線電壓Fig.10 Voltage of PV plant

圖11 光伏電站母線頻率Fig.11 Frequency of PV plant

表2 暫態(tài)安全裕度Tab.2 Transient security margin

量化分析的結(jié)果可以看出，相比較于帶有勵磁和調(diào)速系統(tǒng)的同步發(fā)電機，光伏電站在網(wǎng)側(cè)故障時的暫態(tài)響應(yīng)特性更為劇烈，對系統(tǒng)的暫態(tài)安全穩(wěn)定性呈現(xiàn)較為明顯的負(fù)面影響。具體對暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性的影響同浮云遮擋時的情況相似：對系統(tǒng)的暫態(tài)頻率穩(wěn)定性影響更為明顯（57.56），其次為暫態(tài)電壓穩(wěn)定性（77.19），而對功角穩(wěn)定性的影響相對較弱（95.67）。

因此，在光伏電站并網(wǎng)分析工作中，如果采用同步機模擬光伏電站，不僅不能如2.1節(jié)一樣分析外界環(huán)境變化時光伏電站對系統(tǒng)安全穩(wěn)定的影響，而且由于光伏電站對系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定性呈現(xiàn)更為明顯的負(fù)面影響，在進(jìn)行系統(tǒng)暫態(tài)安全穩(wěn)定分析時，很難得到準(zhǔn)確的結(jié)果，同時，基于FASTEST仿真平臺所得到的光伏電站與電網(wǎng)交互影響量化分析結(jié)果，相比較于基于圖形曲線的定性分析，對光伏電站并網(wǎng)的離線規(guī)劃、在線運行和安全穩(wěn)定決策的制定更具參考價值。

3 結(jié)語

本文基于FASTEST仿真軟件，采用核心器件建模的方式，按照光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的構(gòu)成，分別建立了光伏陣列模型、逆變器模型和控制器模型，從而形成了一個完整的能夠體現(xiàn)太陽光輻照度變化和光伏電站控制策略調(diào)整等動態(tài)特性的光伏電站模型。并利用FASTEST特有的暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性量化分析功能，對光伏電站并網(wǎng)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明無論是在浮云遮擋還是在網(wǎng)側(cè)故障時，光伏電站并網(wǎng)后對系統(tǒng)暫態(tài)頻率穩(wěn)定性影響最為嚴(yán)重，暫態(tài)電壓穩(wěn)定性次之，而暫態(tài)功角穩(wěn)定性受影響最弱。隨著光伏電站滲透率的增大，光伏電站對系統(tǒng)的沖擊也更為明顯，當(dāng)光伏電站的滲透率超過15%時，在某些情況下，會導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。此外，相比較于帶有勵磁和調(diào)速系統(tǒng)的同步發(fā)電機，光伏電站對系統(tǒng)的暫態(tài)安全穩(wěn)定性呈現(xiàn)更為嚴(yán)重的負(fù)面影響。

本文基于FASTEST平臺的光伏電站并網(wǎng)量化分析方法表明，較之用同步機來模擬光伏電站，能夠體現(xiàn)環(huán)境變化和系統(tǒng)擾動時光伏電站的電氣特性，而較之利用光伏電站模型進(jìn)行定性分析，能夠給出暫態(tài)安全穩(wěn)定分析的量化結(jié)果，從數(shù)值上直觀地評定光伏電站與電網(wǎng)的暫態(tài)交互影響程度。

本文通過仿真分析初步了解規(guī)?；夥娬九c電網(wǎng)的暫態(tài)交互影響特性，在接下來的工作中將繼續(xù)深入研究光伏電站與電網(wǎng)相互作用的機理，發(fā)展相關(guān)理論和方法，為光伏電站的穩(wěn)定分析與控制提供理論基礎(chǔ)。

[1]中投顧問產(chǎn)業(yè)監(jiān)測中心.太陽能光伏發(fā)電系列之十：我國光伏電站布局遍地開花[EB/OL].[2011-03-02].http://www.ocn.com.cn/Services/recommend.asp ID=474.

[2]劉偉,彭冬,卜廣全,等.光伏發(fā)電接入智能配電網(wǎng)后的系統(tǒng)問題綜述[J].電網(wǎng)技術(shù),2009,33(19):1-6.

LIU Wei,PENG Dong,BU Guang-quan,et al.A Survey on System Problems in Smart Distribution Network With Grid-Connected Photovoltaic Generation[J].Power System Technology,2009,33(19):1-6(in Chinese).

[3]李碧君,方勇杰,楊衛(wèi)東,等.光伏發(fā)電并網(wǎng)大電網(wǎng)面臨的問題與對策[J].電網(wǎng)與清潔能源,2010,26(4):52-59.

LI Bi-jun,FANG Yong-jie,YANG Wei-dong,et al.Problems and Countermeasures for Large Power Grids in Connection with Photovoltaic Power[J].Power System and Clean Energy,2010,26(4):52-59(in Chinese).

[4]張抒陽,張沛,劉珊珊.太陽能技術(shù)及其并網(wǎng)特性綜述[J].南方電網(wǎng)技術(shù),2009,3(4):64-67.

ZHANG Shu-yang,ZHANG Pei,LIU Shan-shan.Overview of Solar Energy Technology and Its Integration Issues[J].Southern Power System Technology,2010,26(4):52-59(in Chinese).

[5]TAN YUN TIAM,KIRSCHEN DANIEL S,JENKINS NICHOLAS.A Model of PV Generation Suitable for Stability Analysis[J].IEEE Transactions on Energy Conversion,2004,19(4):748-755.

[6]WANG Li,LIN Ying-hao.Random Fluctuations on Dynamic Stability of a Grid-connected Photovoltaic Array[C]//Proceedings of the Power Engineering Society Winter Meeting ofIEEE,January 28-February 1,2001,Columbus,OH,USA:985-989.

[7]WANG Li,Lin Tzu-Ching.Dynamic Stability and Transient Responses of Multiple Grid-connected PV Systems[C]//Transmission and Distribution Exposition Conference:2008IEEE PES Powering Toward the Future,PIMS 2008,April 21-24,2008,Chicago,IL,USA.

[8]ALQUTHAMI T,RAVINDRA H,FARUQUE M O.Study of Photovoltaic Integration Impact on System Stability Using Custom Model of PV Arrays Integrated with PSS_E[C]//North American Power Symposium 2010,NAPS 2010,September 26-28,2010,Arlington,TX,USA.

[9]薛禹勝.EEAC和FASTEST[J].電力系統(tǒng)自動化,1998,22(9):25-30.

XUE Yu-sheng.EEAC and FASTEST[J].Automation of Electric Power Systems,1998,22(9):25-30(in Chinese).

[10]LI Feng,LI Wei,XUE Feng.Modeling and Simulation of Large-scale Grid-connected Photovoltaic System[C]//International Conference on Power System Technology,October 24-28,2010,Hang Zhou,Zhe Jiang,China.

[11]LI Feng,LI Wei,XUE Feng.Simulation of Grid-connected PhotovoltaicPowerPlantBasedonFASTEST[C]//Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference,March 25-28,2011,Wuhan,Hubei,China.

[12]張嵐,殷桂梁,韓郁,等.基于無功微擾/頻率偏差相關(guān)度的光伏發(fā)電系統(tǒng)孤島檢測方法 [J].南方電網(wǎng)技術(shù),2010,4(1):130-133.

ZHANG Lan,YIN Guil-iang,HAN Yu,et al.Islanding Detection for Photovoltaic Power Generation System Based on Relevance Judgement between Reactive Power Minor Disturbance and Frequency Deviation[J].Southern Power System Technology,2010,4(1):130-133(in Chinese).

[13]蘇建徽,余世杰,趙為,等.硅太陽電池工程用數(shù)學(xué)模型[J].太陽能學(xué)報,2001,22(4):409-412.

SU Jian-hui,YU Shi-jie,ZHAO Wei,et al.Investigation on Engineering Analytical Model of Silicon Solar Cells[J].ActaEnergiaeSolarisSinica,2001,22(4):409-412(inChinese).

[14]CALDON R,ROSSETTO F,TURRIR.Analysis of Dynamic Performance of Dispersed Generation Connected Through Inverter to Distribution Networks[C]//17th International Conference on Electricity Distribution,May 12-15,2003,Barcelona,Spain.

[15]王博,李安,向鐵元,等.三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的運行控制研究[J].電力科學(xué)與工程,2011,27(1):5-10.

WANG Bo,LI An,XIANG Tie-yuan,et al.Research on Three-phase Grid-Connected Photovoltaic System Operation[J].Electric Power Science and Engineering,2011,27(1):5-10(in Chinese).

[16]AZEVEDO G M S,CAVALCANTI M C,OLIVEIRA K C.et al.Evaluation of Maximum Power Point Tracking Methods for Grid Connected Photovoltaic Systems[C]//PESC'08-39th IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference,June 15-19,2008,Rhodes,Greece:1456-1462.

[17]胡靜,張建成.基于數(shù)值方法的光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制算法研究[J].電力科學(xué)與工程,2009,25(7):1-6.

HU Jing,ZHANG Jian-cheng.Research on MPPT Control Algorithm Based on Numerical Method for PV Generation Systems[J].Electric Power Science and Engineering,2009,25(7):1-6(in Chinese).

Quantitative Analysis of the Transient Interaction between Large-Scale Photovoltaic Plant and Grid

LI Feng,LI Wei,XUE Feng,SHI Tao
（State Grid Electric Power Research Institute,Nanjing 210003,Jiangsu Province,China）

Focusing on the system stability of large-scale photovoltaic (PV)plants connected to the grid,this paper establishes a complete electromechanical transient model of grid-connected PV plant on FASTEST(fast analysis of stability using the extended equalarea criterion and simulation technologies,a power system transient security quantitative analysis software).Based on FASTEST’s unique transient security quantitative analysis,simulations are conducted for two typical cases:the PV plant was covered by cloud,and disturbance occurred on the system side.Studies are conducted to analyze the different impacts of the PV pant and the conventional power plant on the grid operation in terms of the system transient angle stability,transient voltage stability and transient frequency stability.The results show that,with the PV plant connected to the grid,the system transient frequency stability is most severely affected.Compared with a synchronous generator with excitation and governor system,the PV plant has a more remarkable transient response when a fault occurs on the grid side.

PV plant；electromechanical transient model；transient angle stability；transient frequency stability；transient voltage stability

在電力系統(tǒng)暫態(tài)安全定量分析軟件平臺FASTEST（Fast Analysis of Stability using the Extended equal area criterion and Simulation Technologies）上以研究規(guī)?；夥娬窘尤胂到y(tǒng)后的穩(wěn)定性分析為目的，建立了一個完整而且適合系統(tǒng)安全穩(wěn)定分析的并網(wǎng)光伏電站機電暫態(tài)模型?；贔ASTEST特有的暫態(tài)穩(wěn)定量化分析功能，對并網(wǎng)光伏電站被浮云遮擋和系統(tǒng)側(cè)發(fā)生擾動這2種典型情況進(jìn)行仿真分析，從對系統(tǒng)暫態(tài)功角穩(wěn)定性、暫態(tài)電壓穩(wěn)定性和暫態(tài)頻率穩(wěn)定性的影響的角度，探討光伏電站與常規(guī)電源在影響電網(wǎng)運行特性方面的區(qū)別。結(jié)果表明，光伏電站并網(wǎng)后對系統(tǒng)暫態(tài)頻率穩(wěn)定性影響最為嚴(yán)重，相比較于帶有勵磁和調(diào)速系統(tǒng)的同步發(fā)電機，光伏電站在網(wǎng)側(cè)故障時的暫態(tài)響應(yīng)特性更為劇烈。

光伏電站；機電暫態(tài)模型；暫態(tài)功角穩(wěn)定性；暫態(tài)頻率穩(wěn)定性；暫態(tài)電壓穩(wěn)定性

國家電網(wǎng)公司資助科技項目（SG0944）。

1674-3814（2011）11-0050-07

TM615

A

2011-06-07。

李 峰（1981—），男，碩士，工程師，從事光伏發(fā)電等清潔能源并網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與控制研究；

李 威（1976—），男，博士，高級工程師，從事電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與規(guī)劃研究；

薛 峰（1971—），男，博士，研究員級高級工程師，從事電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析與控制研究。

（編輯 董小兵）