仿真需求的通用 性光伏發(fā)電系統(tǒng)的機(jī)電暫態(tài)信息物理融合模型。包括如下步驟:首先，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(MPPT)模塊、DC/DC變換器模塊、直流鏈接 模塊、逆變器外環(huán)模塊、逆變器內(nèi)環(huán)模塊;然后，根據(jù)各個(gè)模塊輸入端輸入數(shù)據(jù)的類(lèi)型，為輸 入物理量的模塊構(gòu)建物理模型(P模型）；為輸入信息量的模塊構(gòu)建信息模型(C模型）；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。下面對(duì)這一過(guò)程做詳細(xì)具體的說(shuō)明。
[0046] 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(MPPT) 模塊、DC/DC變換器模塊、直流鏈接模塊、逆變器外環(huán)模塊、逆變器內(nèi)環(huán)模塊。
[0047]通過(guò)分析已有各類(lèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)，提取各類(lèi)光伏發(fā)電系統(tǒng)的共同特征。針對(duì)基于 物理信息融合系統(tǒng)的復(fù)雜配電網(wǎng)中并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真建模的需求，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(MPPT)模塊、DC/DC變換器模塊、直流鏈 接模塊、逆變器外環(huán)模塊、逆變器內(nèi)環(huán)模塊。
[0048] S2，根據(jù)各個(gè)模塊輸入端輸入數(shù)據(jù)的類(lèi)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。其中，信息量包括光伏發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)部信息量和外部信 息量。
[0049]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(MPPT)模 塊、DC/DC變換器模塊、直流鏈接模塊、逆變器外環(huán)模塊、逆變器內(nèi)環(huán)模塊。其中，光伏電池模 塊、最大功率點(diǎn)跟蹤控制(MPPT)模塊、DC/DC變換器模塊輸入端輸入的數(shù)據(jù)主要為純物理數(shù) 據(jù)，即物理量。信息數(shù)據(jù)(信息量)對(duì)其影響很小，所以為光伏電池模塊、最大功率點(diǎn)跟蹤控 制(MPPT)模塊、DC/DC變換器模塊建立物理模型。
[0050]為了提高光伏發(fā)電系統(tǒng)模型的通用性及仿真速度，在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中， 忽略電器開(kāi)關(guān)及高頻開(kāi)關(guān)器件，通過(guò)輸入輸出關(guān)系的描述為光伏電池模塊、最大功率點(diǎn)跟 蹤控制(MPPT)模塊、DC/DC變換器模塊建立物理模型。下面對(duì)各個(gè)模塊的物理模型的建立過(guò) 程分別進(jìn)行說(shuō)明。
[0051 ] al)通過(guò)輸入輸出關(guān)系，為光伏電池模塊建立光伏電池物理模型。
[0052]光伏電池物理模型采用通用性仿真模型，如式（1)~（5)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下電池的 短路電流、開(kāi)路電壓、最大功率電壓和最大功率電流4個(gè)參數(shù)即可確定光伏電池的輸出特 _3] ⑴ 性，輸入輸出關(guān)系的表達(dá)式如下：
_4] ⑵
[0055]
[0056]
[0057] _ _ _
[0058] 其中，1^、1]。。、仏、1?分別為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下電池的短路電流、開(kāi)路電壓、最大功率電壓 和最大功率電流，Sref為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的光照強(qiáng)度，單位為kW/m2; Tref為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的溫度，在 本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的溫度取25°C;AI、AU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)。
[0059] a2)通過(guò)輸入輸出關(guān)系，為最大功率點(diǎn)跟蹤控制(MPPT)模塊建立最大功率跟蹤控 制器(MTTP)物理模型。
[0060] 采用恒定電壓控制法建立MTTP物理模型。取MPPT恒壓控制調(diào)節(jié)系數(shù)k = 0.76~ 0.80,輸入輸出關(guān)系的表達(dá)式如下：
[0061 ]
6)
[0062]其中，UpvmAMPPT的輸出電壓;Upv^MPPT的輸入?yún)⒖茧妷?，即光伏發(fā)電系統(tǒng)最大 功率點(diǎn)處的電壓，其值由光伏發(fā)電系統(tǒng)的特性決定；k為MPPT恒壓控制調(diào)節(jié)系數(shù)，一般取 0·76~0·80〇
[0063] a3)通過(guò)輸入輸出關(guān)系，為DC/DC變換器模塊建立DC/DC變換器物理模型。
[0064]通過(guò)輸入輸出關(guān)系，為DC/DC變換器模塊建立DC/DC變換器物理模型。在本發(fā)明所 提供的實(shí)施例中，以Buck-Boots三電平斬波電路型DC/DC變換器為例建立DC/DC變換器物理 模型，輸入輸出關(guān)系的表達(dá)式如下：
[0065] , x (7)
[0066]
[0067] 其中，Vpv、Pm為DC/DC變換器輸出電壓、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。
[0068]前已述及，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 (MPPT)模塊、DC/DC變換器模塊、直流鏈接模塊、逆變器外環(huán)模塊、逆變器內(nèi)環(huán)模塊。其中，直 流鏈接模塊、逆變器外環(huán)模塊、逆變器內(nèi)環(huán)模塊輸入端輸入的數(shù)據(jù)主要為信息量。純物理數(shù) 據(jù)(物理量)對(duì)其影響很小，所以為直流鏈接模塊、逆變器外環(huán)模塊、逆變器內(nèi)環(huán)模塊建立信 息模型。信息量由光伏發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部信息量和外部信息量構(gòu)成，如:DC/DC變換器與直流鏈 接、MPPT之間傳輸?shù)男畔?、逆變器?nèi)外環(huán)控制之間傳輸?shù)男畔⒌葹閮?nèi)部信息量，光照預(yù)測(cè) 值、溫度預(yù)測(cè)值、電網(wǎng)傳輸給光伏發(fā)電系統(tǒng)的電壓、電流為外部信息量。信息模型接收光伏 發(fā)電系統(tǒng)在實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)設(shè)定參數(shù)對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為輸入進(jìn)行處 理，得到實(shí)時(shí)輸出，使實(shí)際輸出接近于預(yù)設(shè)的輸出值，與現(xiàn)有的以歷史數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)作為 輸入的物理模型相比，能更好的體現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行情況，通過(guò)參數(shù)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng) 的實(shí)際的輸出值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其滿(mǎn)足光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行需求，并根據(jù)實(shí)時(shí)輸出及時(shí)做出 處理。
[0069] 在本發(fā)明所提供的實(shí)施例中，機(jī)電暫態(tài)信息物理融合模型緊密融合了物理量和信 息量，其與電力系統(tǒng)的結(jié)合被認(rèn)為是發(fā)展智能電網(wǎng)的技術(shù)基礎(chǔ)。而信息量在光伏發(fā)電系統(tǒng) 中意義重大。一方面，光伏發(fā)電系統(tǒng)正常、故障等不同運(yùn)行狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)的信息量展現(xiàn)出不 同的發(fā)送規(guī)律等動(dòng)態(tài)特性，可能引發(fā)電力系統(tǒng)故障，在為光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，如果不 單獨(dú)對(duì)信息量進(jìn)行分析處理，其變化所帶來(lái)的影響將無(wú)法充分考慮;另一方面，對(duì)信息量進(jìn) 行故障分析和動(dòng)態(tài)分析，對(duì)故障信息的排除至關(guān)重要，所以考慮光伏發(fā)電系統(tǒng)相應(yīng)模塊的 信息模型，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)通用性以及穩(wěn)定性都有很大的作用，下面對(duì)各個(gè)模塊建立信息 模型進(jìn)行描述。
[0070] bl)通過(guò)輸入輸出關(guān)系，為直流鏈接模塊建立直流鏈接信息模型。
[0071] 根據(jù)電容、電壓與其存儲(chǔ)的能量的關(guān)系，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生 的直流鏈接的輸入功率、輸出電壓以及電容值，建立直流鏈接模塊的信息模型，輸入輸出關(guān) 系的表達(dá)式如下：
[0072] (9)
[0073] 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(chǔ)的能量。
[0074] b2)通過(guò)輸入輸出關(guān)系，為逆變器內(nèi)環(huán)模塊建立DC/AC逆變器內(nèi)環(huán)控制信息模型。
[0075] 采用直流電流控制策略建立DC/AC逆變器內(nèi)環(huán)控制信息模型。
[0076] 假設(shè)三相電路對(duì)稱(chēng)，在同步旋轉(zhuǎn)d_q坐標(biāo)系下，取d軸為交流側(cè)電壓矢量合成方向， 則功率計(jì)筧式為：
[0077] (10)
[0078]
[0079] (11)
[0080] 其中，PhQe3分別為DC/AC內(nèi)環(huán)控制的輸出有功功率和無(wú)功功率;ed為d軸電壓;id、i q 分別為d軸、q軸上輸出電流;bdi、adi、bqi、aqi (i = 1，2)為參數(shù);s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。
[0081 ] b3)通過(guò)輸入輸出關(guān)系，為逆變器外環(huán)模塊建立DC/AC逆變器外環(huán)控制信息模型。
[0082] DC/AC逆變器外環(huán)控制的作用是PQ解耦，為功率控制，通過(guò)輸入輸出關(guān)系，為逆變 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)式如下：
[0083] ' (12)
[0084] 式中，Kd、Kq為參數(shù)，通過(guò)參數(shù)調(diào)節(jié)由于光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的變化引起的輸入 輸出值的變化，進(jìn)而使實(shí)際輸出值接近于預(yù)設(shè)的參考值，達(dá)到調(diào)節(jié)光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的目 的;Vd, ref為外環(huán)控制輸出量的參考值。
[0085]至此，光伏發(fā)電系統(tǒng)的信息模型創(chuàng)建完成，信息模型的創(chuàng)建，充分考慮了光伏發(fā)電 系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)部信息量和外部信息量，對(duì)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的信息量進(jìn)行處理， 在確保機(jī)電暫態(tài)信息物理融合模型通用性的前提下，提高了機(jī)電暫態(tài)信息物理融合模型的 精確度。
[0086] S3,根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)中各