面向光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用機(jī)電暫態(tài)信息物理融合建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種信息物理融合建模方法，尤其涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用機(jī)電 暫態(tài)信息物理融合建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 面對能源、環(huán)境危機(jī)，提高清潔能源消納能力成為智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的重要任務(wù)。 同時，隨著信息物理融合系統(tǒng)在電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用，電力系統(tǒng)信息物理融合建模技術(shù)亟待 加強(qiáng)。目前，光伏發(fā)電系統(tǒng)作為重要的清潔能源之一，存在運(yùn)行控制困難大的問題，其原因 主要在于模型通用性及與信息系統(tǒng)協(xié)調(diào)能力弱兩方面。
[0003] 在含光伏發(fā)電系統(tǒng)的電網(wǎng)動態(tài)分析中需要采用兼具精度和效率的暫態(tài)模型，在既 往研究中，光伏發(fā)電系統(tǒng)模型通常采用兩類模型:一類是潮流模型，即將其建模成簡單的功 率源，不考慮其動態(tài)過程，這類模型常稱為"潮流"模型，僅適用于潮流分析，而不能用于暫 態(tài)分析。另一類是基于特定的光伏發(fā)電系統(tǒng)建立對應(yīng)的電路或電磁模型，嚴(yán)格體現(xiàn)光伏發(fā) 電系統(tǒng)中具體的最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)控制算法和逆變器電路及其控制邏輯，這類模型雖 然能滿足電網(wǎng)機(jī)電暫態(tài)分析要求，但是，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如單級或雙級式） 和控制方法(如各種不同的MPPT控制策略）因廠家不同而具體各異，導(dǎo)致其通用性差，需要 對不同廠家、型號的光伏發(fā)電系統(tǒng)分別建模，工作量極大、效率低，也不切合實(shí)際。根據(jù)目前 的智能電網(wǎng)的發(fā)展，亟需設(shè)置通用的模型結(jié)構(gòu)，以提高仿真分析的自動化水平和擴(kuò)大計(jì)算 規(guī)模。需要分析已有各類光伏發(fā)電系統(tǒng)的共性特征，并針對電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)仿真的需求， 形成一種通用性的建模方法。
[0004] 為解決上述問題，在申請?zhí)枮?01210328721.6的中國發(fā)明專利申請中，提出了一 種通用的并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)模型，它包括光伏電池 PV單元、最大功率跟蹤 MPPT單元、DC變換單元、直流鏈接單元、含電流內(nèi)環(huán)控制的逆變器單元、逆變器外環(huán)控制單 元和保護(hù)單元;光伏電池 PV單元輸入端輸入光照強(qiáng)度S、光伏電池溫度參數(shù)T，其輸出端向DC 變換單元輸出功率PVl、向最大功率跟蹤MPPT單元輸出最大功率點(diǎn)電壓VPVM; DC變換單元向 光伏電池 PV單元輸出端電壓VPVl;最大功率跟蹤MPPT單元輸出功率點(diǎn)電壓VPVMl;直流鏈接 單元輸入來自DC變換單元的直流側(cè)功率PPV3。該模型可為現(xiàn)實(shí)中結(jié)構(gòu)多樣、形式各異的并 網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)提供通用型的適用于機(jī)電暫態(tài)分析的數(shù)學(xué)模型，有利于在微網(wǎng)系統(tǒng)整體中 分析、設(shè)計(jì)和控制各類并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0005] 但是該模型僅僅根據(jù)物理數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，并沒有考慮在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的 內(nèi)部信息量和外部信息量對模型的影響，嚴(yán)重影響了通用模型的精確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的 通用機(jī)電暫態(tài)信息物理融合建模方法。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述的技術(shù)方案：
[0008] 一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用機(jī)電暫態(tài)信息物理融合建模方法，包括如下步驟：
[0009] Sl，按照功能將光伏發(fā)電系統(tǒng)劃分為光伏電池模塊、最大功率點(diǎn)跟蹤控制模塊、 DC/DC變換器模塊、直流鏈接模塊、逆變器外環(huán)模塊和逆變器內(nèi)環(huán)模塊；
[0010] S2,根據(jù)各個模塊輸入端輸入數(shù)據(jù)的類型，為輸入物理量的模塊構(gòu)建物理模型;為 輸入信息量的模塊構(gòu)建信息模型；
[0011] S3,根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)中各模塊間的功能邏輯關(guān)系，將物理模型和信息模型融合， 建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)信息物理融合模型。
[0012] 其中較優(yōu)地，在步驟S2中，所述輸入物理量的模塊包括所述光伏電池模塊、所述最 大功率點(diǎn)跟蹤控制(MPPT)模塊和所述DC/DC變換器模塊。
[0013] 其中較優(yōu)地，為所述光伏電池模塊建立光伏電池物理模型，輸入輸出關(guān)系的表達(dá) 式為：
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019] ISC為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下電池的短路電流;U。。為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下電池的開路電壓;仏為標(biāo)準(zhǔn)環(huán) 境下電池的最大功率電壓;1^為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下電池的最大功率電流;Srrf為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的光照 強(qiáng)度，單位為kW/m2;T ref為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的溫度；ΔΙ、Δυ分別為不同環(huán)境下電流、電壓的修正 值;α、γ分別為溫度補(bǔ)償系數(shù);β為光強(qiáng)補(bǔ)償系數(shù)。
[0020] 其中較優(yōu)地，為所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制模塊建立最大功率跟蹤控制器物理模 型，輸入輸出關(guān)系的表達(dá)式為：
[0021] Vpvml = kVpvm
[0022] 其中，UpvmlS最大功率跟蹤控制器的輸出電壓;Upvm為最大功率跟蹤控制器的輸入 參考電壓;k為最大功率跟蹤控制器恒壓控制調(diào)節(jié)系數(shù)。
[0023]其中較優(yōu)地，為所述DC/DC變換器模塊建立DC/DC變換器物理模型，輸入輸出關(guān)系 的表達(dá)式為：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，Vpv為DC/DC變換器輸出電壓;Pm為DC/DC變換器輸出功率;Ppv為DC/DC變換 器輸入功率;η為DC/DC變換器的變換效率。
[0027] 其中較優(yōu)地，在步驟S2中，所述輸入信息量量的模塊包括所述直流鏈接模塊、所述 逆變器外環(huán)模塊和所述逆變器內(nèi)環(huán)模塊。
[0028] 其中較優(yōu)地，根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)時運(yùn)行過程中產(chǎn)生的直流鏈接的輸入功率、輸 出電壓以及電容值，為所述光直流鏈接模塊建立直流鏈接模型，輸入輸出關(guān)系的表達(dá)式為：
[0029]
[0030] 其中，Pe3為直流鏈接的輸入功率;Vd為直流鏈接的輸出電壓值;C為直流鏈接電容的 電容值;EC為電容上存儲的能量。
[0031 ]其中較優(yōu)地，為所述逆變器內(nèi)環(huán)模塊建立DC/AC逆變器內(nèi)環(huán)控制信息模型，輸入輸 出關(guān)系的表達(dá)式為：
[0032]
[0033]
[0034] S
[0035] 其中，Pe為DC/AC內(nèi)環(huán)控制的輸出有功功率;Qe為DC/AC內(nèi)環(huán)控制的輸出無功功率； 6〇1為(1軸電壓山、：[( 1分別為(1軸、9軸上輸出電流如^(^上1七心=1，2)為參數(shù);8為拉普拉 斯變換中的復(fù)函數(shù);iDd, ref、iDq, ref分別為DC/AC內(nèi)環(huán)控制的輸入電流在d軸、q軸上的分量。 [0036]其中較優(yōu)地，為所述逆變器外環(huán)模塊建立DC/AC逆變器外環(huán)控制信息模型，輸入輸 出關(guān)系的表達(dá)式為：
[0037]
[0038] 其中，Kd、Kq為參數(shù);VD,ref為外環(huán)控制輸出量的參考值。
[0039] 其中較優(yōu)地，在步驟S4中，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)中各個模塊間的功能邏輯關(guān)系為：
[0040] 太陽光照和溫度通過所述光伏電池模塊產(chǎn)生直流電能，所述直流電能經(jīng)過所述 DC/DC變換器模塊以及所述最大功率點(diǎn)跟蹤控制模塊進(jìn)行最大功率跟蹤控制及升壓，經(jīng)升 壓和功率變換后的電能通過所述直流鏈接模塊與所述逆變器外環(huán)控制模塊及所述逆變器 內(nèi)環(huán)控制模塊進(jìn)行信息量交互;其中，所述逆變器外環(huán)控制模塊進(jìn)行PQ解耦控制，并向所述 逆變器內(nèi)環(huán)控制輸出參考電流，所述逆變器內(nèi)環(huán)控制模塊對光伏發(fā)電系統(tǒng)各個模塊的輸入 輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，使來自電網(wǎng)的電流、電壓的實(shí)際值盡量接近預(yù)設(shè)的參考值。
[0041] 本發(fā)明所提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用機(jī)電暫態(tài)信息物理融合建模方法，根據(jù)各個 模塊輸入端輸入數(shù)據(jù)的類型，為輸入物理量的模塊構(gòu)建物理模型；為輸入信息量的模塊構(gòu) 建信息模型;信息模型可以實(shí)時獲取伏光發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其接近 預(yù)設(shè)的參考值，調(diào)節(jié)模型的輸出，對光伏發(fā)電系統(tǒng)通用性以及穩(wěn)定性起到了很大的作用。最 后，根據(jù)物理量、信息量在光伏發(fā)電系統(tǒng)中的功能邏輯關(guān)系，建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài) 信息物理融合模型，不僅滿足不同廠家對模型通用性的要求，而且滿足了通用模型的精確 度。
【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明所提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用機(jī)電暫態(tài)信息物理融合建模方法的流 程圖；
[0043]圖2為本發(fā)明所提供的一個實(shí)施例中，光伏發(fā)電系統(tǒng)的信息物理融合模型的結(jié)構(gòu) 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)具體的說明。
[0045]如圖1所示，本發(fā)明所提供的光伏發(fā)電系統(tǒng)的通用機(jī)電暫態(tài)信息物理融合建模方 法，通過提取各類光伏發(fā)電系統(tǒng)的共同特征，建立滿足電力系統(tǒng)機(jī)電暫態(tài)