一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于外特性的光伏等效建模方法，適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型 的簡(jiǎn)化、以及在仿真工具中進(jìn)行光伏發(fā)電系統(tǒng)等值時(shí)，提高仿真速度和效率的方法。屬太陽(yáng) 能光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今世界，人們對(duì)煤炭、石油和天然氣等化石能源的依賴日益增加，而這些化石能 源的儲(chǔ)量有一定限度，并已日益枯竭。光伏發(fā)電以其能源清潔性、資源的充足性及潛在的經(jīng) 濟(jì)性等優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)受到高度重視。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)造價(jià)的日益降低，其應(yīng)用越來 越廣泛。目前，對(duì)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的模型的研宄以光伏陣列、MPPT和逆變器的控制策略為主， 它們?cè)诓煌姆矫婢馨l(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，但由于模型復(fù)雜，在工程計(jì)算中都需要進(jìn)行多次 迭代，不適用于大量分布式光伏電源接入配電網(wǎng)的工程計(jì)算，因此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)化、實(shí)用的光 伏電源等效電路模型具有重要意義。
[0003] 圖1為光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成不意圖。三相并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、最大功 率跟蹤（MPPT)、逆變系統(tǒng)、濾波電路和隔離變壓器以及無窮大電網(wǎng)組成。模型中光伏陣列由 很多光伏電池通過串并聯(lián)組成，與MPPT相連并受其控制以保證工作在最大功率點(diǎn)附近。光 伏陣列產(chǎn)生的功率經(jīng)MPPT輸送到逆變系統(tǒng)，經(jīng)逆變系統(tǒng)的逆變作用和濾波電路的濾波作 用，使直流電變?yōu)槔硐氲慕涣麟?，并通過隔離變壓器輸送到電網(wǎng)。
[0004] 太陽(yáng)能電池陣列的開路電壓和短路電流很大程度上受日照和溫度的影響。每一種 自然條件下都有最大的功率點(diǎn)。通過MPPT可以使光伏電池在任何當(dāng)前日照下不斷獲得最 大功率，從而提高效率，充分運(yùn)用太陽(yáng)能。常用的方法有恒壓法、爬山法、擾動(dòng)觀察法、導(dǎo)納 法、功率回授法等。并網(wǎng)型逆變器是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心關(guān)鍵部件，其目標(biāo)是穩(wěn)定直流母 線電壓，控制輸出電流實(shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的解耦控制。通過設(shè)置逆變器控制模塊來 調(diào)節(jié)SPWM的調(diào)制波，達(dá)到控制逆變器的輸出電壓和電流的目的。
[0005] 在上述這種小步長(zhǎng)下做并網(wǎng)仿真的方法，其仿真時(shí)間長(zhǎng)、占用內(nèi)存大、計(jì)算量大， 也因此產(chǎn)生了一系列問題，比如大規(guī)模光伏并網(wǎng)的仿真速度很慢且對(duì)電腦內(nèi)存要求較高， 等等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種計(jì)算量小、仿真時(shí)間短的光伏 發(fā)電系統(tǒng)的等效建模方法。
[0007] 本發(fā)明所述問題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效建模方法，所述方法將控制模塊、受控電壓源、濾波電路 和電網(wǎng)依次相連，形成光伏電源的簡(jiǎn)化模型，所述控制模塊根據(jù)光照強(qiáng)度、電池溫度以及并 網(wǎng)點(diǎn)的電壓電流信息計(jì)算受控電壓源的調(diào)節(jié)控制信號(hào)，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)受控電壓源進(jìn)行 控制。
[0009] 上述光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效建模方法，所述控制模塊包括直流簡(jiǎn)化系統(tǒng)和逆變簡(jiǎn)化 系統(tǒng)，所述直流簡(jiǎn)化系統(tǒng)利用下式計(jì)算光伏電池的最大輸出功率p'
[0011] 其中，VjP Im分別為給定條件下，最大功率點(diǎn)的電壓和電流，AS = S-SMf，AT = T-TMf，SMf和T 分別為參考輻射強(qiáng)度（1000W/m2)和參考電池溫度（25°C )，S和T分別為 輻射強(qiáng)度和電池溫度，a、b、c為補(bǔ)償系數(shù)；所述逆變簡(jiǎn)化系統(tǒng)根據(jù)下式計(jì)算其輸出控制信 號(hào)的d軸與q軸分量U d，Uq:
[0014] 其中，ipv.d，為等效模型實(shí)際輸出電流的d軸分量；L pv為濾波電路的電感；Up。。. d，％。。.，別為等效模型并網(wǎng)點(diǎn)電壓的d軸與q軸分量；R pv為濾波電路電阻；《為角頻率； 1/與I <:為電流控制信號(hào)；
[0015] 仏和U q再由DQ反變換成為受控電壓源的控制信號(hào)。
[0016] 上述光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效建模方法，所述補(bǔ)償系數(shù)a、b、c的值分別為：a = 0? 0025 (°C )-1;b = 0? 0005 (W/m W = 0? 00288 (°C ) '
[0017] 本發(fā)明將光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型簡(jiǎn)化成一個(gè)由控制模塊、受控電壓源、濾波電 路和電網(wǎng)構(gòu)成的簡(jiǎn)化模型。由于仿真模型中不存在電力電子器件，該方法在完成詳細(xì)模型 的控制功能和不影響并網(wǎng)外特性前提下，大幅減小了仿真運(yùn)算時(shí)間，提高了仿真效率，節(jié)省 了內(nèi)存占用，并且電路簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0018] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0019] 圖1為光伏發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖；
[0020] 圖2為簡(jiǎn)化模型主電路結(jié)構(gòu)圖；
[0021] 圖3為逆變簡(jiǎn)化系統(tǒng)的控制原理。
[0022] 文中各符號(hào)清單為：P' 光伏電池的最大輸出功率；VjP I 別為給定條件 下，最大功率點(diǎn)的電壓和電流；SMf和TMf分別為參考輻射強(qiáng)度（1000W/m 2)和參考電池溫度 (25°C )，S和T分別為輻射強(qiáng)度和電池溫度，a、b、c為補(bǔ)償系數(shù)；Ud，Uq分別為逆變簡(jiǎn)化系 統(tǒng)的輸出控制信號(hào)的d軸與q軸分量；i pv.d, 分別為等效模型實(shí)際輸出電流的d軸和q 軸分量；Lpv為濾波電路的電感；Up。。.d, Up。。.^分別為等效模型并網(wǎng)點(diǎn)電壓的d軸與q軸分量； Rpv為濾波電路電阻；《為角頻率；I /與I 為電流控制信號(hào)；P，Q為逆變器輸出的有功功率 與無功功率；Id，Iq分別為輸出電流的d軸與q軸分量；e d，分別為電網(wǎng)電壓d軸與q軸分 量；Ipv.d，Ipv.q分別為等效模型理論輸出電流的d軸和q軸分量；i/，為內(nèi)環(huán)電流控制參考 信號(hào)；Ud。，Udc*分別為直流穩(wěn)壓電容電壓值和參考值。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)模型的不足，提出了一種仿真簡(jiǎn)化模型。為了解決 現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明首次提出了從各環(huán)節(jié)要實(shí)現(xiàn)的功能出發(fā)，將光伏陣列和MPPT 環(huán)節(jié)精簡(jiǎn)為"直流簡(jiǎn)化系統(tǒng)"，將逆變器及其控制策略簡(jiǎn)化為單環(huán)的"逆變簡(jiǎn)化系統(tǒng)"。然后 再將二者合成控制電路，調(diào)節(jié)控制電源。便可將光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型簡(jiǎn)化成一個(gè)整個(gè) 模型僅以光照強(qiáng)度和溫度作為輸入量，以受控電壓源作為電源與濾波電路串聯(lián)，經(jīng)隔離變 壓器接入電網(wǎng)的簡(jiǎn)化模型。
[0024] 對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型的簡(jiǎn)化分為兩部分：對(duì)直流系統(tǒng)的簡(jiǎn)化和對(duì)逆變系統(tǒng)的 簡(jiǎn)化。
[0025] 直流系統(tǒng)的簡(jiǎn)化
[0026] 在不同自然條件下，光伏陣列有不同的I-V輸出特性，若無MPPT控制，光伏陣列的 工作點(diǎn)將偏離最大功率點(diǎn)，導(dǎo)致無法充分利用太陽(yáng)能。MPPT的功能即通過不斷改變光伏陣 列的輸出電壓，使其工作在最大功率點(diǎn)附近；而此過程需經(jīng)檢測(cè)環(huán)節(jié)、尋優(yōu)算法和控制電路 實(shí)現(xiàn)，較為繁瑣。此外，光伏陣列的輸出電流計(jì)算公式十分復(fù)雜，參數(shù)的確定也十分困難。然 而從其外特性分析，光伏陣列與MPPT所實(shí)現(xiàn)的功能僅為最大程度吸收太陽(yáng)能，并輸送至逆 變系統(tǒng)。同時(shí)根據(jù)已有的研宄成果，在不同自然條件下，對(duì)應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓和電流可 表示為：
[0027] Y'm=Vm ?In(e+bAS) ? (l~cAT) (1)
[0029] 其中