面向光伏发电系统的通用机电暂态信息物理融合建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种信息物理融合建模方法，尤其涉及一种光伏发电系统的通用机电 暂态信息物理融合建模方法。
【背景技术】
[0002] 面对能源、环境危机，提高清洁能源消纳能力成为智能电网建设发展的重要任务。 同时，随着信息物理融合系统在电网中的广泛应用，电力系统信息物理融合建模技术亟待 加强。目前，光伏发电系统作为重要的清洁能源之一，存在运行控制困难大的问题，其原因 主要在于模型通用性及与信息系统协调能力弱两方面。
[0003] 在含光伏发电系统的电网动态分析中需要采用兼具精度和效率的暂态模型，在既 往研究中，光伏发电系统模型通常采用两类模型:一类是潮流模型，即将其建模成简单的功 率源，不考虑其动态过程，这类模型常称为"潮流"模型，仅适用于潮流分析，而不能用于暂 态分析。另一类是基于特定的光伏发电系统建立对应的电路或电磁模型，严格体现光伏发 电系统中具体的最大功率点跟踪(MPPT)控制算法和逆变器电路及其控制逻辑，这类模型虽 然能满足电网机电暂态分析要求，但是，由于光伏发电系统的内部结构（如单级或双级式） 和控制方法(如各种不同的MPPT控制策略）因厂家不同而具体各异，导致其通用性差，需要 对不同厂家、型号的光伏发电系统分别建模，工作量极大、效率低，也不切合实际。根据目前 的智能电网的发展，亟需设置通用的模型结构，以提高仿真分析的自动化水平和扩大计算 规模。需要分析已有各类光伏发电系统的共性特征，并针对电力系统机电暂态仿真的需求， 形成一种通用性的建模方法。
[0004] 为解决上述问题，在申请号为201210328721.6的中国发明专利申请中，提出了一 种通用的并网式光伏发电系统的机电暂态模型，它包括光伏电池 PV单元、最大功率跟踪 MPPT单元、DC变换单元、直流链接单元、含电流内环控制的逆变器单元、逆变器外环控制单 元和保护单元;光伏电池 PV单元输入端输入光照强度S、光伏电池温度参数T，其输出端向DC 变换单元输出功率PVl、向最大功率跟踪MPPT单元输出最大功率点电压VPVM; DC变换单元向 光伏电池 PV单元输出端电压VPVl;最大功率跟踪MPPT单元输出功率点电压VPVMl;直流链接 单元输入来自DC变换单元的直流侧功率PPV3。该模型可为现实中结构多样、形式各异的并 网光伏发电系统提供通用型的适用于机电暂态分析的数学模型，有利于在微网系统整体中 分析、设计和控制各类并网光伏发电系统。
[0005] 但是该模型仅仅根据物理数据进行建模，并没有考虑在系统运行过程中，产生的 内部信息量和外部信息量对模型的影响，严重影响了通用模型的精确度。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种光伏发电系统的 通用机电暂态信息物理融合建模方法。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：
[0008] 一种光伏发电系统的通用机电暂态信息物理融合建模方法，包括如下步骤：
[0009] Sl，按照功能将光伏发电系统划分为光伏电池模块、最大功率点跟踪控制模块、 DC/DC变换器模块、直流链接模块、逆变器外环模块和逆变器内环模块；
[0010] S2,根据各个模块输入端输入数据的类型，为输入物理量的模块构建物理模型;为 输入信息量的模块构建信息模型；
[0011] S3,根据光伏发电系统中各模块间的功能逻辑关系，将物理模型和信息模型融合， 建立光伏发电系统的机电暂态信息物理融合模型。
[0012] 其中较优地，在步骤S2中，所述输入物理量的模块包括所述光伏电池模块、所述最 大功率点跟踪控制(MPPT)模块和所述DC/DC变换器模块。
[0013] 其中较优地，为所述光伏电池模块建立光伏电池物理模型，输入输出关系的表达 式为：
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019] ISC为标准环境下电池的短路电流;U。。为标准环境下电池的开路电压;仏为标准环 境下电池的最大功率电压;1^为标准环境下电池的最大功率电流;Srrf为标准环境下的光照 强度，单位为kW/m2;T ref为标准环境下的温度；ΔΙ、Δυ分别为不同环境下电流、电压的修正 值;α、γ分别为温度补偿系数;β为光强补偿系数。
[0020] 其中较优地，为所述最大功率点跟踪控制模块建立最大功率跟踪控制器物理模 型，输入输出关系的表达式为：
[0021] Vpvml = kVpvm
[0022] 其中，UpvmlS最大功率跟踪控制器的输出电压;Upvm为最大功率跟踪控制器的输入 参考电压;k为最大功率跟踪控制器恒压控制调节系数。
[0023]其中较优地，为所述DC/DC变换器模块建立DC/DC变换器物理模型，输入输出关系 的表达式为：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，Vpv为DC/DC变换器输出电压;Pm为DC/DC变换器输出功率;Ppv为DC/DC变换 器输入功率;η为DC/DC变换器的变换效率。
[0027] 其中较优地，在步骤S2中，所述输入信息量量的模块包括所述直流链接模块、所述 逆变器外环模块和所述逆变器内环模块。
[0028] 其中较优地，根据光伏发电系统实时运行过程中产生的直流链接的输入功率、输 出电压以及电容值，为所述光直流链接模块建立直流链接模型，输入输出关系的表达式为：
[0029]
[0030] 其中，Pe3为直流链接的输入功率;Vd为直流链接的输出电压值;C为直流链接电容的 电容值;EC为电容上存储的能量。
[0031 ]其中较优地，为所述逆变器内环模块建立DC/AC逆变器内环控制信息模型，输入输 出关系的表达式为：
[0032]
[0033]
[0034] S
[0035] 其中，Pe为DC/AC内环控制的输出有功功率;Qe为DC/AC内环控制的输出无功功率； 6〇1为(1轴电压山、：[( 1分别为(1轴、9轴上输出电流如^(^上1七心=1，2)为参数;8为拉普拉 斯变换中的复函数;iDd, ref、iDq, ref分别为DC/AC内环控制的输入电流在d轴、q轴上的分量。 [0036]其中较优地，为所述逆变器外环模块建立DC/AC逆变器外环控制信息模型，输入输 出关系的表达式为：
[0037]
[0038] 其中，Kd、Kq为参数;VD,ref为外环控制输出量的参考值。
[0039] 其中较优地，在步骤S4中，所述光伏发电系统中各个模块间的功能逻辑关系为：
[0040] 太阳光照和温度通过所述光伏电池模块产生直流电能，所述直流电能经过所述 DC/DC变换器模块以及所述最大功率点跟踪控制模块进行最大功率跟踪控制及升压，经升 压和功率变换后的电能通过所述直流链接模块与所述逆变器外环控制模块及所述逆变器 内环控制模块进行信息量交互;其中，所述逆变器外环控制模块进行PQ解耦控制，并向所述 逆变器内环控制输出参考电流，所述逆变器内环控制模块对光伏发电系统各个模块的输入 输出进行调节，使来自电网的电流、电压的实际值尽量接近预设的参考值。
[0041] 本发明所提供的光伏发电系统的通用机电暂态信息物理融合建模方法，根据各个 模块输入端输入数据的类型，为输入物理量的模块构建物理模型；为输入信息量的模块构 建信息模型;信息模型可以实时获取伏光发电系统产生的数据，并对其进行调节，使其接近 预设的参考值，调节模型的输出，对光伏发电系统通用性以及稳定性起到了很大的作用。最 后，根据物理量、信息量在光伏发电系统中的功能逻辑关系，建立光伏发电系统的机电暂态 信息物理融合模型，不仅满足不同厂家对模型通用性的要求，而且满足了通用模型的精确 度。
【附图说明】
[0042]图1为本发明所提供的光伏发电系统的通用机电暂态信息物理融合建模方法的流 程图；
[0043]图2为本发明所提供的一个实施例中，光伏发电系统的信息物理融合模型的结构 示意图。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。
[0045]如图1所示，本发明所提供的光伏发电系统的通用机电暂态信息物理融合建模方 法，通过提取各类光伏发电系统的共同特征，建立满足电力系统机电暂态