《光伏發(fā)電系統(tǒng)建模導則》

ICS

中華人民共和國國家標準

GB/TXXXX-201X

光伏發(fā)電系統(tǒng)建模導則

GuideforModelingPhotovoltaicPowerSystem

（征求意見稿）

20--發(fā)布20--實施

中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局

中國國家標準化管理委員會發(fā)布

GB/TXXXX-201X

II

GB/TXXXX-201X

光伏發(fā)電系統(tǒng)建模導則

1范圍

本標準規(guī)定了電力系統(tǒng)潮流計算、短路電流計算、機電暫態(tài)計算用的光伏發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學模型的

建立方法。

本標準適用于通過10(6)kV及以上電壓等級與公共電網(wǎng)連接的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅所注日期的版本適用于

本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T19964光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)技術規(guī)定

3術語和定義

下列術語和定義適應于本文件。

3.1

光伏發(fā)電系統(tǒng)photovoltaic(PV)powersystem

指利用光伏電池的光生伏特效應，將太陽輻射能直接轉換成電能的發(fā)電系統(tǒng)，一般包含變壓器、

逆變器、相關的平衡系統(tǒng)部件（BOS）和光伏方陣等。

3.2

逆變器inverter

將直流電變換成交流電的設備。

3.3

光伏發(fā)電單元photovoltaic(PV)powerunit

光伏發(fā)電站中，一定數(shù)量的光伏組件以串并聯(lián)的方式連接，通過直流匯流箱和直流配電柜多級

匯集，經(jīng)光伏逆變器逆變與隔離升壓變壓器升壓成符合電網(wǎng)頻率和電壓要求的電源。

3.4

并網(wǎng)點pointofinterconnection

對于有升壓站的光伏發(fā)電系統(tǒng)，指升壓站高壓側母線或節(jié)點。對于無升壓站的光伏發(fā)電系統(tǒng)，

指光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出匯總點。

3.5

最大功率點跟蹤maximumpowerpointtracking

利用控制方法使光伏電池運行在最大輸出功率點。

3.6

故障穿越faultthrough

1

GB/TXXXX-201X

當電力系統(tǒng)事故或擾動引起光伏發(fā)電站并網(wǎng)點電壓或頻率變化時，在一定的電壓、頻率變化范

圍和時間間隔內，光伏發(fā)電站能夠保證不脫網(wǎng)連續(xù)運行。

4符號、代號和縮略語

光伏發(fā)電站符號：

Pord_1：光伏發(fā)電站廠站級對逆變器1的有功功率控制指令

Qord_2：光伏發(fā)電站廠站級對逆變器1的無功功率控制指令

UG_1：逆變器1交流側電壓矢量

Pord_n：光伏發(fā)電站廠站級對逆變器n的有功功率控制指令

Qord_n：光伏發(fā)電站廠站級對逆變器n的無功功率控制指令

UG_n：逆變器n交流側電壓矢量

逆變器符號：

IN：光伏逆變器額定電流

I*：逆變器最大輸出電流為電流飽和限值

Ipv：光伏方陣輸出電流

Udc：逆變器直流側電壓

UG：逆變器交流側電壓矢量

Iac：逆變器輸出電流矢量

Pord：光伏發(fā)電站廠站級對逆變器的有功功率控制指令

Qord：光伏發(fā)電站廠站級對逆變器的無功功率控制指令

P：逆變器輸出有功功率

Q：逆變器輸出無功功率

5總則

5.1光伏發(fā)電站由多個光伏發(fā)電單元、集電線路、站內升壓變壓器以及站內無功補償裝置等組成，

如圖1所示。光伏發(fā)電站的數(shù)學模型由光伏發(fā)電單元模型以及常規(guī)電力設備元件模型構成。

5.2光伏發(fā)電單元模型參數(shù)宜通過實測獲得，對于不同類型、不同容量的光伏方陣、逆變器構成的

光伏發(fā)電單元應分別建模。

5.3本標準中短路電流為電力系統(tǒng)發(fā)生三相短路故障時光伏發(fā)電站輸出的最大電流，主要用于保護、

開關等電氣設備的選型與校核。

5.4本標準中機電暫態(tài)模型不考慮逆變器最大功率點跟蹤、開關管調制等動態(tài)過程。

5.5光伏發(fā)電單元參數(shù)標幺化過程中，基準容量宜選取光伏發(fā)電單元內容逆變器總額定功率，直流

側基準電壓宜選取標準工況下的光伏方陣最大功率點工作電壓，交流側基準電壓宜光伏發(fā)電單

元升壓變低壓側額定電壓。

2

GB/TXXXX-201X

圖1光伏發(fā)電系統(tǒng)典型結構

6潮流計算模型

電力系統(tǒng)潮流計算中，應根據(jù)不同的無功電壓控制策略，將光伏發(fā)電站分別視為：

a）PQ節(jié)點：恒功率因數(shù)控制模式下，光伏發(fā)電站的有功功率和無功功率按設定的功率因數(shù)給

出。

b）PV節(jié)點：電壓控制模式下，光伏發(fā)電站的有功功率和電壓幅值按設定值給出；光伏發(fā)電站

的無功功率應按照實際的最大、最小能力設定上下限，當無功功率達到限制時應自動轉為

PQ節(jié)點。

7短路計算模型

7.1光伏發(fā)電單元短路電流輸出模型

逆變器交流側短路故障時，考慮電流飽和限制模塊的作用，逆變器宜等效為一個電流源，其最

大輸出電流為電流飽和限值I*。

*

IkIN

式中，k為逆變器電流飽和系數(shù)，典型值取1.2~1.5。

7.2光伏發(fā)電系統(tǒng)短路電流輸出模型

光伏發(fā)電站系統(tǒng)側短路故障時，不考慮無功補償裝置的作用，光伏發(fā)電站短路電流可按照站內

全部逆變器短路電流疊加的方法計算；無功補償裝置短路電流應單獨計算。

8機電暫態(tài)計算模型

光伏發(fā)電站的機電暫態(tài)計算模型由多個光伏發(fā)電單元模型以及常規(guī)電力設備元件模型構成，如

圖2所示。光伏發(fā)電單元機電暫態(tài)模型包含三個部分：

a）光伏方陣模型：模擬光伏方陣非線性特性；

b）逆變器模型：模擬逆變器并網(wǎng)運行控制特性，包括并網(wǎng)接口模型、控制與保護模型等；

c）單元升壓變壓器模型。

3

GB/TXXXX-201X

圖2光伏發(fā)電站暫態(tài)模型連接關系

8.1光伏方陣模型

光伏方陣模型應能體現(xiàn)不同環(huán)境因素下光伏方陣的光電轉換特性。

光伏方陣模型可按照本標準附錄A的光伏方陣電能輸出模型建立，也可由設備生產(chǎn)廠商提供。

8.2逆變器模型

逆變器模型包括并網(wǎng)接口和控制保護兩部分，其連接關系如圖3所示。

并網(wǎng)接口部分模擬逆變器功率輸入、輸出關系。輸入電氣量為光伏方陣輸出電流Ipv，交流側電

壓；輸出電氣量為逆變器直流側電壓，輸出電流，有功功率和無功功率等。

UGUdcIacPQ

控制保護部分模擬逆變器在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)運行狀態(tài)的電氣控制功能，輸入電氣量為廠站級控制指

令有功功率設定值Pord和無功功率設定值Qord，光伏方陣最大功率點工作電壓U’m（或最大功率P’m）

等；輸出電氣量由并網(wǎng)接口模塊的實現(xiàn)方式確定；保護應能實現(xiàn)逆變器各項要求。

逆變器模型可按照本標準附錄B、C的Ⅰ型、Ⅱ型逆變器模型建立，也可由設備生產(chǎn)廠商提供。

圖3逆變器機電暫態(tài)模型

8.3光伏發(fā)電站模型

在光伏發(fā)電站并網(wǎng)分析中可采用包含所有光伏發(fā)電單元模型、常規(guī)電力設備模型，及廠站級控

制模型的光伏發(fā)電站詳細模型。關注光伏發(fā)電站外特性的時候，考慮最嚴重情況，可采取光伏發(fā)電

單元倍乘或單機的等值方法建立光伏發(fā)電站等值模型。

4

GB/TXXXX-201X

附錄A

（資料性附錄）

光伏方陣電能輸出模型

A.1符號、代號和縮略語

下列符號、代號和縮略語適用于本附錄。

參數(shù)類型參數(shù)

2

Sref：標準測試條件下的輻照度，Sref=1000W/m

常數(shù)

Tref：標準測試條件下的工作溫度，Tref=25℃

S：光伏方陣當前工況的太陽輻照度

T：光伏方陣當前工況的工作溫度

輸入量

Tair：光伏方陣當前工況的環(huán)境溫度

Udc：光伏方陣直流工作電壓，即逆變器直流側電壓

Um：光伏方陣標準測試條件下最大功率點電壓

：光伏方陣標準測試條件下最大功率點電流

輸入?yún)?shù)Im

Uoc：光伏方陣標準測試條件下開路電壓

Isc：光伏方陣標準測試條件下短路電流

U’m：光伏方陣當前最大功率點電壓

I’m：光伏方陣當前最大功率點電流

中間量

U’oc：光伏方陣當前開路電壓

I’sc：光伏方陣當前短路電流

輸出量Ipv：光伏方陣輸出電流

A.2光伏方陣電能輸出模型

光伏方陣電能輸出模型模擬不同環(huán)境因素下光伏方陣的光電轉換特性。輸入的環(huán)境量為當前工

況的太陽輻照度S，當前工況的工作溫度T；輸入的電氣量為光伏方陣直流工作電壓Udc；輸出電氣量

為光伏方陣輸出電流Ipv。

根據(jù)標準測試條件下的測試參數(shù)，推導出任意輻照強度S和工作溫度T下的光伏方陣IV特性：

TTTref

SSSref

'S

ISCISC(1aT)

Sref

'

UOCUOC(1cT)ln(ebS)

'S

ImIm(1aT)

Sref

'

UmUm(1cT)ln(ebS)

'

''UOC

''

ISCImUOCUm

(')

ISC

11

'ln()

UOC

'Udc

IpvISC(1(e1))

其中，a、b、c分別為計算常數(shù)，光伏方陣由硅材料構成時典型值分別為0.0025、0.0005、0.00288。

工作溫度T與環(huán)境溫度Tair、輻照強度S的關系如下式所示：

5

GB/TXXXX-201X

TTairKS

式中，K為系數(shù)，光伏方陣由硅材料構成時典型值取0.03。其他材料的系數(shù)根據(jù)實際數(shù)據(jù)確定。

6

GB/TXXXX-201X

附錄B

（資料性附錄）

Ⅰ型逆變器模型

B.1符號、代號和縮略語

下列符號、代號和縮略語適用于本附錄。

參數(shù)類型參數(shù)

并網(wǎng)接口部分

逆變器調制系數(shù)，正弦波調制的情況下取3

常數(shù)K0：

22

Ipv：光伏方陣輸出電流

U：逆變器交流側電壓矢量

輸入量G

Pmd：同步旋轉dq坐標下逆變器d軸分量調制比

Pmq：同步旋轉dq坐標下逆變器q軸分量調制比

C：逆變器直流側并聯(lián)電容

輸入?yún)?shù)η：逆變器轉換效率

xT：逆變器橋臂出口處等效電抗

Udc：逆變器直流側電壓

Iac：逆變器輸出電流矢量

輸出量P：逆變器輸出有功功率

Q：逆變器輸出無功功率

Idc：逆變器橋臂輸入直流電流

Ut：逆變器橋臂輸出電壓矢量

中間量Ud：同步旋轉dq坐標下逆變器橋臂輸出電壓d軸分量

Uq：同步旋轉dq坐標下逆變器橋臂輸出電壓q軸分量

控制保護部分

Udc_ref：直流電壓控制模式下，逆變器外環(huán)控制目標，光伏方陣最大功率點電壓U’m

Pref：有功功率控制模式下，逆變器外環(huán)控制目標，不限發(fā)電功率工況下為光伏

輸入量方陣最大功率點功率P’m，或為廠站級控制指令Pord

Qref：給定逆變器輸出無功功率參考值，廠站級控制指令Qord

f：逆變器網(wǎng)側頻率

'

Imax：逆變器暫態(tài)過程中允許輸出的最大電流

I*：逆變器最大輸出電流為電流飽和限值

Tm_d：逆變器直流電壓（或有功功率）測量時間常數(shù)

Kd：直流電壓（或有功功率）外環(huán)控制比例系數(shù)

Td：直流電壓（或有功功率）外環(huán)控制積分時間常數(shù)

Tm_q：逆變器無功功率測量時間常數(shù)

輸入?yún)?shù)

Kq：無功功率外環(huán)控制比例系數(shù)

Tq：無功功率外環(huán)控制積分時間常數(shù)

Tm_id：逆變器電流d軸分量測量時間常數(shù)

Kid：電流d軸分量內環(huán)控制比例系數(shù)

Tid：電流d軸分量內環(huán)控制積分時間常數(shù)

Tm_iq：逆變器電流q軸分量測量時間常數(shù)

Kiq：電流q軸分量內環(huán)控制比例系數(shù)

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GB/TXXXX-201X

Tiq：電流q軸分量內環(huán)控制積分時間常數(shù)

Id_ref：逆變器輸出電流有功分量參考值

Iq_ref：逆變器輸出電流無功分量參考值

中間量

Id：逆變器輸出電流d軸分量

Iq：逆變器輸出電流q軸分量

Pmd：同步旋轉dq坐標下逆變器d軸分量調制比

輸出量

Pmq：同步旋轉dq坐標下逆變器q軸分量調制比

B.2Ⅰ型逆變器模型

Ⅰ型三相并網(wǎng)光伏逆變器的連接關系如圖B.1所示：

圖B.1I型逆變器機電暫態(tài)模型連接關系

B.2.1Ⅰ型逆變器并網(wǎng)接口部分

基于同步旋轉坐標系，逆變器的控制具有有功分量和無功分量控制的解耦特性。當以電網(wǎng)電壓

作為參考坐標時，電網(wǎng)電壓軸分量，軸分量。逆變器輸出的有功功率和無功功

dedUGqeq0P

率Q分別為：

3

PUIIU

2Gddcdc

3

QUI

2Gq

逆變器直流側并聯(lián)電容C與直流側電壓反饋量Udc之間的關系如圖B.2所示。

圖B.2并聯(lián)電容C作用下的直流電壓Udc

不考慮逆變器飽和因素影響，逆變器逆變橋模型為：

UtUdjUq

UdK0PmdUdc

UqK0PmqUdc

逆變橋臂輸出電壓與交流側電壓存在以下關系：

UtUG

UtjxTIacUG

8

GB/TXXXX-201X

B.2.2Ⅰ型逆變器控制保護部分

逆變器控制保護部分包含穩(wěn)態(tài)運行控制模塊、暫態(tài)控制保護模塊，如圖B.3所示。

圖B.3逆變器控制控制部分

a)穩(wěn)態(tài)運行控制模塊

穩(wěn)態(tài)運行時，逆變器雙環(huán)控制模式，逆變器外環(huán)控制與其控制目標和參考坐標相關，逆變器通

過外環(huán)控制輸出相應的Id_ref、Iq_ref。此時，以直流側電壓、有功功率、無功功率為控制目標分別對應

的外環(huán)控制環(huán)節(jié)如圖B.4所示。

圖B.4電網(wǎng)電壓作為參考坐標下的逆變器外環(huán)控制環(huán)節(jié)

逆變器內環(huán)電流控制環(huán)節(jié)如圖B.5所示。同步旋轉dq坐標下，逆變器輸出電流的dq軸分量Id、Iq，

分別與電流內環(huán)的電流參考值Id_ref、Iq_ref進行比較，并通過相應的PI調節(jié)器控制輸出對應的調制比

Pmd、Pmq，最終實現(xiàn)對Id、Iq的無靜差控制。

圖B.5逆變器內環(huán)電流控制環(huán)節(jié)

b)暫態(tài)與保護控制模塊

逆變器故障穿越控制主要包括故障穿越過程中的逆變器輸出的有功電流和無功電流控制。其中

有功電流控制主要通過以下兩種方法實現(xiàn)：

9

GB/TXXXX-201X

1）..閉鎖外環(huán)控制，直接給定內環(huán)有功電流目標值Id_ref；

2）..保留外環(huán)控制，但設置內環(huán)有功電流目標值上限Idmax。

無功電流控制中內環(huán)無功電流目標值Iq_ref應根據(jù)逆變器實際控制特性確定，至少應滿足GB/T

19964中對光伏發(fā)電站低電壓穿越過程中動態(tài)無功支撐能力的要求，同時保證：

22'2

IdIqImax

’*

式中，逆變器暫態(tài)過程中允許輸出的最大電流Imax，取逆變器輸出電流飽和限值I。

逆變器保護模塊的變量和參數(shù)通常包括：控制節(jié)點電壓等級、電壓、電流、頻率限值、耐受時

間、保護動作時間等，具體可根據(jù)逆變器整定值作為參考值。

10

GB/TXXXX-201X

附錄C

（資料性附錄）

Ⅱ型逆變器模型

C.1符號、代號和縮略語

下列符號、代號和縮略語適用于本附錄。

參數(shù)類型參數(shù)

并網(wǎng)接口部分

I：逆變器輸出電流矢量

輸入量ac

UG：逆變器交流側電壓矢量

S：逆變器輸出視在功率

輸出量P：逆變器輸出有功功率

Q：逆變器輸出無功功率

控制保護部分

Ipv：光伏方陣輸出電流

Udc_ref：直流電壓控制模式下，逆變器外環(huán)控制目標，光伏方陣最大功率點電壓U’m

Pref：有功功率控制模式下，逆變器外環(huán)控制目標，不限發(fā)電功率工況下為光伏

方陣最大功率點功率P’m，或為廠站級控制指令Pord

Qref：給定逆變器輸出無功功率參考值，廠站級控制指令Qord

輸入量

UN逆變器交流側電壓額定值

UG：逆變器交流側電壓矢量

P：逆變器輸出有功功率

Q：逆變器輸出無功功率

f：逆變器網(wǎng)側頻率

C：逆變器直流側并聯(lián)電容

η：逆變器轉換效率

Tm_udc：逆變器直流側電壓測量時間常數(shù)

Kd：直流電壓外環(huán)控制比例系數(shù)

Td：直流電壓外環(huán)控制積分時間常數(shù)

Tm_q：逆變器無功功率測量時間常數(shù)

輸入?yún)?shù)

Kq：無功功率外環(huán)控制比例系數(shù)

Tq：無功功率外環(huán)控制積分時間常數(shù)

Kq_v：逆變器低電壓運行無功支撐系數(shù)

IN：光伏逆變器額定電流

'

Imax：逆變器暫態(tài)過程中允許輸出的最大電流

I*：逆變器最大輸出電流為電流飽和限值

Id：逆變器輸出電流有功分量參考值

中間量Iq：逆變器輸出電流無功分量參考值

Idc：逆變器橋臂輸入直流電流

I：逆變器輸出電流矢量

輸出量ac

Udc：逆變器直流側電壓

11

GB/TXXXX-201X

C.2Ⅱ型逆變器模型

Ⅱ型三相并網(wǎng)光伏逆