一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，对光伏发电模块进行建模，在中长期过程中温度和光照强度因素具有波动性和不确定性的特点本发明考虑了这两个因素的变化对光伏发电的影响，提出电力系统全过程动态仿真的光伏最大功率跟踪模型的实现方法。该模型利用最大功率点跟踪控制方法，根据光伏电源的伏安特性调整光伏电池板的工作电压，保证其工作在最大功率输出状态，以最大限度地利用太阳能，有效地提高了光伏发电的效率及性能。逆变器通过内环电流控制回路和外环电压控制回路有效地控制d轴和q轴的注入电流，实现了有功功率和无功功率的控制。整个模型满足电力系统机电暂态及中长期动态的全过程仿真要求。
【专利说明】一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统领域的建模方法，具体涉及一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法。
【背景技术】
[0002]全过程动态仿真程序可以对电力系统机电暂态和中长期动态具有很好的仿真效果，在全过程动态仿真程序中对光伏发电系统进行详细建模，既可以反映其对暂态过程的影响，又能反映其对中长期过程的影响，建模工作具有十分重要的意义。
[0003]2005年以来，我国光伏产业发展迅速。2007-2010年，我国光伏电池产量连续4年居世界首位。2010年，国内新增光伏发电装机容量达到520MW，累计装机容量达到893MW。在未来的十年里我国将继续大力发展光伏产业，2015年的光伏发电装机容量达到14GW，2020年光伏发电装机容量达到50GW，2030年光伏发电装机容量将达到100-200GW。
[0004]光伏的迅速发展和大规模应用，对电力系统仿真提出了更高的要求。与光伏密切相关的源网协调技术研究和分析需要使用中长期动态仿真工具。例如:系统调频/调峰策略和提高系统动态电压稳定性等问题的研究。然而现有的光伏系统仿真主要集中在风光的电磁暂态(毫秒级)和机电暂态(秒级)稳定仿真分析方面，不能满足大规模风能和光伏发电随机波动性(分钟级)的研究需要。因此需要开发适用于全过程动态仿真的光伏系统模型。
[0005]现有的光伏模型多以单个光伏电池板的模型来等效整个光伏电站的模型，不能反映由非均匀光照等外界条件变化引起的光伏阵列的结构和参数的变化。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，该方法可以方便的考虑环境变量和控制方式的影响，模拟光伏电站的中长期动态特性，适用于电力系统机电暂态及中长期动态的全过程仿真。
[0007]本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
[0008]本发明提供一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤:
[0009](I)构建中长期环境温度持续波动模型，通过填卡片方式形成温度随时间的变化曲线；
[0010](2)构建中长期光照强度持续波动模型，通过填卡片方式形成光照强度随时间的变化曲线；
[0011](3)构建中长期非均匀光照分布模型，通过卡片方式形成光伏电站的阵列结构以及非均匀光照随时间的变化曲线；
[0012](4)将步骤(I)、(2)和(3)得到的变化曲线输入到光伏电池阵列模型中，得到每一个仿真周期的光照强度、环境温度以及光伏电站阵列各电池板的非均匀光照参数，得到光伏电站阵列的等效Π曲线；[0013](5)将光伏电池阵列模型输出的电流I和电压U输入MPPT最大功率跟踪模型，通过计算得到变比N输出到DC/DC直流斩波器模型，并把直流侧参考电压输入到VSC电压源换流器模型；
[0014](6)将步骤(4)和步骤(5)的电压U、电流I以及DC/DC变比N输入DC/DC直流斩波器模型，得到二次侧的直流电压U和直流电流I ;
[0015](7)将步骤(6)得到的直流电压U和直流电流I输入到VSC电压源换流器模型中，输出换流后的有功电流Id和无功电流Iq ；
[0016](8)将步骤(6)得到的直流电压U和步骤(7)得到的有功电流Id和无功电流Iq输入到VSC换流器控制模型，通过控制器得到VSC换流器的控制信号；
[0017](9)将步骤(8)获得的控制信号输入到VSC电压源换流器模型中以实现内外环的电压电流控制。
[0018]进一步地，所述步骤(4)中，光伏电池阵列模型的数学模型解析表达式如下:
[0019]
【权利要求】
1.一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤: (1)构建中长期环境温度持续波动模型，通过填卡片方式形成温度随时间的变化曲线.(2)构建中长期光照强度持续波动模型，通过填卡片方式形成光照强度随时间的变化曲线； (3)构建中长期非均匀光照分布模型，通过卡片方式形成光伏电站的阵列结构以及非均匀光照随时间的变化曲线； (4)将步骤(1)、(2)和(3)得到的变化曲线输入到光伏电池阵列模型中，得到每一个仿真周期的光照强度、环境温度以及光伏电站阵列各电池板的非均匀光照参数，得到光伏电站阵列的等效Π曲线； (5)将光伏电池阵列模型输出的电流I和电压U输入MPPT最大功率跟踪模型，通过计算得到变比N输出到DC/DC直流斩波器模型，并把直流侧参考电压输入到VSC电压源换流器模型； (6)将步骤(4)和步骤(5)的电压U、电流I以及DC/DC变比N输入DC/DC直流斩波器模型，得到二次侧的直流电压U和直流电流I ; (7)将步骤(6)得到的直流电压U和直流电流I输入到VSC电压源换流器模型中，输出换流后的有功电流Id和无功电流Iq ； (8)将步骤(6)得到的直流电压U和步骤(7)得到的有功电流Id和无功电流Iq输入到VSC换流器控制模型，通过控制器得到VSC换流器的控制信号； (9)将步骤(8)获得的控制信号输入到VSC电压源换流器模型中以实现内外环的电压电流控制。
2.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(4)中，光伏电池阵列模型的数学模型解析表达式如下:
3.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(4)中，结合整个光伏电站的物理参数非均匀分布情况: 将型号相同且光照强度偏差小于50mW/m3的光伏并网发电单元通过倍乘等值为一个等值单元，计算等值单元的等值输入光照强度，并计算各光伏并网发电单元的等效注入电流Idi和Iqi，继而将各等值单元的等效注入电流合并，得到整个光伏电站的注入电流，表达式分别如下:
4.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在光伏电池阵列模型中考虑最大功率跟踪控制MPPT功能的三种实现方法:1)恒定电压法；2)扰动观察法；3)电导增量法。
5.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(8)中，在VSC换流器控制模型的内环电流控制中采用解耦控制方法； 内环电流控制器的数学表达式如下:
6.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(9)中，外环的电压通过VSC换流器外环电压控制模型实现，VSC换流器外环电压控制模通过求取电压的偏差量生成内环电流控制器的参考值，控制输出电流； 得到Id和Iq后考虑总电流
【文档编号】G06F17/50GK103715719SQ201410025842
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2014年1月20日 优先权日:2014年1月20日
【发明者】苏志达, 叶小晖, 宋新立, 仲悟之, 刘涛, 吴国旸, 秦召磊 申请人:国家电网公司, 中国电力科学研究院, 国网上海市电力公司