《光伏发电系统建模导则》

ICS

中华人民共和国国家标准

GB/TXXXX-201X

光伏发电系统建模导则

GuideforModelingPhotovoltaicPowerSystem

（征求意见稿）

20--发布20--实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

中国国家标准化管理委员会发布

GB/TXXXX-201X

II

GB/TXXXX-201X

光伏发电系统建模导则

1范围

本标准规定了电力系统潮流计算、短路电流计算、机电暂态计算用的光伏发电系统数学模型的

建立方法。

本标准适用于通过10(6)kV及以上电压等级与公共电网连接的光伏发电系统。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于

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

GB/T19964光伏发电系统接入电力系统技术规定

3术语和定义

下列术语和定义适应于本文件。

3.1

光伏发电系统photovoltaic(PV)powersystem

指利用光伏电池的光生伏特效应，将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统，一般包含变压器、

逆变器、相关的平衡系统部件（BOS）和光伏方阵等。

3.2

逆变器inverter

将直流电变换成交流电的设备。

3.3

光伏发电单元photovoltaic(PV)powerunit

光伏发电站中，一定数量的光伏组件以串并联的方式连接，通过直流汇流箱和直流配电柜多级

汇集，经光伏逆变器逆变与隔离升压变压器升压成符合电网频率和电压要求的电源。

3.4

并网点pointofinterconnection

对于有升压站的光伏发电系统，指升压站高压侧母线或节点。对于无升压站的光伏发电系统，

指光伏发电系统的输出汇总点。

3.5

最大功率点跟踪maximumpowerpointtracking

利用控制方法使光伏电池运行在最大输出功率点。

3.6

故障穿越faultthrough

1

GB/TXXXX-201X

当电力系统事故或扰动引起光伏发电站并网点电压或频率变化时，在一定的电压、频率变化范

围和时间间隔内，光伏发电站能够保证不脱网连续运行。

4符号、代号和缩略语

光伏发电站符号：

Pord_1：光伏发电站厂站级对逆变器1的有功功率控制指令

Qord_2：光伏发电站厂站级对逆变器1的无功功率控制指令

UG_1：逆变器1交流侧电压矢量

Pord_n：光伏发电站厂站级对逆变器n的有功功率控制指令

Qord_n：光伏发电站厂站级对逆变器n的无功功率控制指令

UG_n：逆变器n交流侧电压矢量

逆变器符号：

IN：光伏逆变器额定电流

I*：逆变器最大输出电流为电流饱和限值

Ipv：光伏方阵输出电流

Udc：逆变器直流侧电压

UG：逆变器交流侧电压矢量

Iac：逆变器输出电流矢量

Pord：光伏发电站厂站级对逆变器的有功功率控制指令

Qord：光伏发电站厂站级对逆变器的无功功率控制指令

P：逆变器输出有功功率

Q：逆变器输出无功功率

5总则

5.1光伏发电站由多个光伏发电单元、集电线路、站内升压变压器以及站内无功补偿装置等组成，

如图1所示。光伏发电站的数学模型由光伏发电单元模型以及常规电力设备元件模型构成。

5.2光伏发电单元模型参数宜通过实测获得，对于不同类型、不同容量的光伏方阵、逆变器构成的

光伏发电单元应分别建模。

5.3本标准中短路电流为电力系统发生三相短路故障时光伏发电站输出的最大电流，主要用于保护、

开关等电气设备的选型与校核。

5.4本标准中机电暂态模型不考虑逆变器最大功率点跟踪、开关管调制等动态过程。

5.5光伏发电单元参数标幺化过程中，基准容量宜选取光伏发电单元内容逆变器总额定功率，直流

侧基准电压宜选取标准工况下的光伏方阵最大功率点工作电压，交流侧基准电压宜光伏发电单

元升压变低压侧额定电压。

2

GB/TXXXX-201X

图1光伏发电系统典型结构

6潮流计算模型

电力系统潮流计算中，应根据不同的无功电压控制策略，将光伏发电站分别视为：

a）PQ节点：恒功率因数控制模式下，光伏发电站的有功功率和无功功率按设定的功率因数给

出。

b）PV节点：电压控制模式下，光伏发电站的有功功率和电压幅值按设定值给出；光伏发电站

的无功功率应按照实际的最大、最小能力设定上下限，当无功功率达到限制时应自动转为

PQ节点。

7短路计算模型

7.1光伏发电单元短路电流输出模型

逆变器交流侧短路故障时，考虑电流饱和限制模块的作用，逆变器宜等效为一个电流源，其最

大输出电流为电流饱和限值I*。

*

IkIN

式中，k为逆变器电流饱和系数，典型值取1.2~1.5。

7.2光伏发电系统短路电流输出模型

光伏发电站系统侧短路故障时，不考虑无功补偿装置的作用，光伏发电站短路电流可按照站内

全部逆变器短路电流叠加的方法计算；无功补偿装置短路电流应单独计算。

8机电暂态计算模型

光伏发电站的机电暂态计算模型由多个光伏发电单元模型以及常规电力设备元件模型构成，如

图2所示。光伏发电单元机电暂态模型包含三个部分：

a）光伏方阵模型：模拟光伏方阵非线性特性；

b）逆变器模型：模拟逆变器并网运行控制特性，包括并网接口模型、控制与保护模型等；

c）单元升压变压器模型。

3

GB/TXXXX-201X

图2光伏发电站暂态模型连接关系

8.1光伏方阵模型

光伏方阵模型应能体现不同环境因素下光伏方阵的光电转换特性。

光伏方阵模型可按照本标准附录A的光伏方阵电能输出模型建立，也可由设备生产厂商提供。

8.2逆变器模型

逆变器模型包括并网接口和控制保护两部分，其连接关系如图3所示。

并网接口部分模拟逆变器功率输入、输出关系。输入电气量为光伏方阵输出电流Ipv，交流侧电

压；输出电气量为逆变器直流侧电压，输出电流，有功功率和无功功率等。

UGUdcIacPQ

控制保护部分模拟逆变器在稳态和暂态运行状态的电气控制功能，输入电气量为厂站级控制指

令有功功率设定值Pord和无功功率设定值Qord，光伏方阵最大功率点工作电压U’m（或最大功率P’m）

等；输出电气量由并网接口模块的实现方式确定；保护应能实现逆变器各项要求。

逆变器模型可按照本标准附录B、C的Ⅰ型、Ⅱ型逆变器模型建立，也可由设备生产厂商提供。

图3逆变器机电暂态模型

8.3光伏发电站模型

在光伏发电站并网分析中可采用包含所有光伏发电单元模型、常规电力设备模型，及厂站级控

制模型的光伏发电站详细模型。关注光伏发电站外特性的时候，考虑最严重情况，可采取光伏发电

单元倍乘或单机的等值方法建立光伏发电站等值模型。

4

GB/TXXXX-201X

附录A

（资料性附录）

光伏方阵电能输出模型

A.1符号、代号和缩略语

下列符号、代号和缩略语适用于本附录。

参数类型参数

2

Sref：标准测试条件下的辐照度，Sref=1000W/m

常数

Tref：标准测试条件下的工作温度，Tref=25℃

S：光伏方阵当前工况的太阳辐照度

T：光伏方阵当前工况的工作温度

输入量

Tair：光伏方阵当前工况的环境温度

Udc：光伏方阵直流工作电压，即逆变器直流侧电压

Um：光伏方阵标准测试条件下最大功率点电压

：光伏方阵标准测试条件下最大功率点电流

输入参数Im

Uoc：光伏方阵标准测试条件下开路电压

Isc：光伏方阵标准测试条件下短路电流

U’m：光伏方阵当前最大功率点电压

I’m：光伏方阵当前最大功率点电流

中间量

U’oc：光伏方阵当前开路电压

I’sc：光伏方阵当前短路电流

输出量Ipv：光伏方阵输出电流

A.2光伏方阵电能输出模型

光伏方阵电能输出模型模拟不同环境因素下光伏方阵的光电转换特性。输入的环境量为当前工

况的太阳辐照度S，当前工况的工作温度T；输入的电气量为光伏方阵直流工作电压Udc；输出电气量

为光伏方阵输出电流Ipv。

根据标准测试条件下的测试参数，推导出任意辐照强度S和工作温度T下的光伏方阵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分别为计算常数，光伏方阵由硅材料构成时典型值分别为0.0025、0.0005、0.00288。

工作温度T与环境温度Tair、辐照强度S的关系如下式所示：

5

GB/TXXXX-201X

TTairKS

式中，K为系数，光伏方阵由硅材料构成时典型值取0.03。其他材料的系数根据实际数据确定。

6

GB/TXXXX-201X

附录B

（资料性附录）

Ⅰ型逆变器模型

B.1符号、代号和缩略语

下列符号、代号和缩略语适用于本附录。

参数类型参数

并网接口部分

逆变器调制系数，正弦波调制的情况下取3

常数K0：

22

Ipv：光伏方阵输出电流

U：逆变器交流侧电压矢量

输入量G

Pmd：同步旋转dq坐标下逆变器d轴分量调制比

Pmq：同步旋转dq坐标下逆变器q轴分量调制比

C：逆变器直流侧并联电容

输入参数η：逆变器转换效率

xT：逆变器桥臂出口处等效电抗

Udc：逆变器直流侧电压

Iac：逆变器输出电流矢量

输出量P：逆变器输出有功功率

Q：逆变器输出无功功率

Idc：逆变器桥臂输入直流电流

Ut：逆变器桥臂输出电压矢量

中间量Ud：同步旋转dq坐标下逆变器桥臂输出电压d轴分量

Uq：同步旋转dq坐标下逆变器桥臂输出电压q轴分量

控制保护部分

Udc_ref：直流电压控制模式下，逆变器外环控制目标，光伏方阵最大功率点电压U’m

Pref：有功功率控制模式下，逆变器外环控制目标，不限发电功率工况下为光伏

输入量方阵最大功率点功率P’m，或为厂站级控制指令Pord

Qref：给定逆变器输出无功功率参考值，厂站级控制指令Qord

f：逆变器网侧频率

'

Imax：逆变器暂态过程中允许输出的最大电流

I*：逆变器最大输出电流为电流饱和限值

Tm_d：逆变器直流电压（或有功功率）测量时间常数

Kd：直流电压（或有功功率）外环控制比例系数

Td：直流电压（或有功功率）外环控制积分时间常数

Tm_q：逆变器无功功率测量时间常数

输入参数

Kq：无功功率外环控制比例系数

Tq：无功功率外环控制积分时间常数

Tm_id：逆变器电流d轴分量测量时间常数

Kid：电流d轴分量内环控制比例系数

Tid：电流d轴分量内环控制积分时间常数

Tm_iq：逆变器电流q轴分量测量时间常数

Kiq：电流q轴分量内环控制比例系数

7

GB/TXXXX-201X

Tiq：电流q轴分量内环控制积分时间常数

Id_ref：逆变器输出电流有功分量参考值

Iq_ref：逆变器输出电流无功分量参考值

中间量

Id：逆变器输出电流d轴分量

Iq：逆变器输出电流q轴分量

Pmd：同步旋转dq坐标下逆变器d轴分量调制比

输出量

Pmq：同步旋转dq坐标下逆变器q轴分量调制比

B.2Ⅰ型逆变器模型

Ⅰ型三相并网光伏逆变器的连接关系如图B.1所示：

图B.1I型逆变器机电暂态模型连接关系

B.2.1Ⅰ型逆变器并网接口部分

基于同步旋转坐标系，逆变器的控制具有有功分量和无功分量控制的解耦特性。当以电网电压

作为参考坐标时，电网电压轴分量，轴分量。逆变器输出的有功功率和无功功

dedUGqeq0P

率Q分别为：

3

PUIIU

2Gddcdc

3

QUI

2Gq

逆变器直流侧并联电容C与直流侧电压反馈量Udc之间的关系如图B.2所示。

图B.2并联电容C作用下的直流电压Udc

不考虑逆变器饱和因素影响，逆变器逆变桥模型为：

UtUdjUq

UdK0PmdUdc

UqK0PmqUdc

逆变桥臂输出电压与交流侧电压存在以下关系：

UtUG

UtjxTIacUG

8

GB/TXXXX-201X

B.2.2Ⅰ型逆变器控制保护部分

逆变器控制保护部分包含稳态运行控制模块、暂态控制保护模块，如图B.3所示。

图B.3逆变器控制控制部分

a)稳态运行控制模块

稳态运行时，逆变器双环控制模式，逆变器外环控制与其控制目标和参考坐标相关，逆变器通

过外环控制输出相应的Id_ref、Iq_ref。此时，以直流侧电压、有功功率、无功功率为控制目标分别对应

的外环控制环节如图B.4所示。

图B.4电网电压作为参考坐标下的逆变器外环控制环节

逆变器内环电流控制环节如图B.5所示。同步旋转dq坐标下，逆变器输出电流的dq轴分量Id、Iq，

分别与电流内环的电流参考值Id_ref、Iq_ref进行比较，并通过相应的PI调节器控制输出对应的调制比

Pmd、Pmq，最终实现对Id、Iq的无静差控制。

图B.5逆变器内环电流控制环节

b)暂态与保护控制模块

逆变器故障穿越控制主要包括故障穿越过程中的逆变器输出的有功电流和无功电流控制。其中

有功电流控制主要通过以下两种方法实现：

9

GB/TXXXX-201X

1）..闭锁外环控制，直接给定内环有功电流目标值Id_ref；

2）..保留外环控制，但设置内环有功电流目标值上限Idmax。

无功电流控制中内环无功电流目标值Iq_ref应根据逆变器实际控制特性确定，至少应满足GB/T

19964中对光伏发电站低电压穿越过程中动态无功支撑能力的要求，同时保证：

22'2

IdIqImax

’*

式中，逆变器暂态过程中允许输出的最大电流Imax，取逆变器输出电流饱和限值I。

逆变器保护模块的变量和参数通常包括：控制节点电压等级、电压、电流、频率限值、耐受时

间、保护动作时间等，具体可根据逆变器整定值作为参考值。

10

GB/TXXXX-201X

附录C

（资料性附录）

Ⅱ型逆变器模型

C.1符号、代号和缩略语

下列符号、代号和缩略语适用于本附录。

参数类型参数

并网接口部分

I：逆变器输出电流矢量

输入量ac

UG：逆变器交流侧电压矢量

S：逆变器输出视在功率

输出量P：逆变器输出有功功率

Q：逆变器输出无功功率

控制保护部分

Ipv：光伏方阵输出电流

Udc_ref：直流电压控制模式下，逆变器外环控制目标，光伏方阵最大功率点电压U’m

Pref：有功功率控制模式下，逆变器外环控制目标，不限发电功率工况下为光伏

方阵最大功率点功率P’m，或为厂站级控制指令Pord

Qref：给定逆变器输出无功功率参考值，厂站级控制指令Qord

输入量

UN逆变器交流侧电压额定值

UG：逆变器交流侧电压矢量

P：逆变器输出有功功率

Q：逆变器输出无功功率

f：逆变器网侧频率

C：逆变器直流侧并联电容

η：逆变器转换效率

Tm_udc：逆变器直流侧电压测量时间常数

Kd：直流电压外环控制比例系数

Td：直流电压外环控制积分时间常数

Tm_q：逆变器无功功率测量时间常数

输入参数

Kq：无功功率外环控制比例系数

Tq：无功功率外环控制积分时间常数

Kq_v：逆变器低电压运行无功支撑系数

IN：光伏逆变器额定电流

'

Imax：逆变器暂态过程中允许输出的最大电流

I*：逆变器最大输出电流为电流饱和限值

Id：逆变器输出电流有功分量参考值

中间量Iq：逆变器输出电流无功分量参考值

Idc：逆变器桥臂输入直流电流

I：逆变器输出电流矢量

输出量ac

Udc：逆变器直流侧电压

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GB/TXXXX-201X

C.2Ⅱ型逆变器模型

Ⅱ型三相并网光伏逆