一种光伏发电系统的等效建模方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于外特性的光伏等效建模方法，适用于光伏发电系统仿真模型 的简化、以及在仿真工具中进行光伏发电系统等值时，提高仿真速度和效率的方法。属太阳 能光伏发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 当今世界，人们对煤炭、石油和天然气等化石能源的依赖日益增加，而这些化石能 源的储量有一定限度，并已日益枯竭。光伏发电以其能源清洁性、资源的充足性及潜在的经 济性等优势，在世界范围内受到高度重视。随着光伏发电系统造价的日益降低，其应用越来 越广泛。目前，对光伏并网系统的模型的研宄以光伏阵列、MPPT和逆变器的控制策略为主， 它们在不同的方面均能发挥各自的优点，但由于模型复杂，在工程计算中都需要进行多次 迭代，不适用于大量分布式光伏电源接入配电网的工程计算，因此设计一种简化、实用的光 伏电源等效电路模型具有重要意义。
[0003] 图1为光伏发电系统的构成不意图。三相并网光伏发电系统由光伏阵列、最大功 率跟踪（MPPT)、逆变系统、滤波电路和隔离变压器以及无穷大电网组成。模型中光伏阵列由 很多光伏电池通过串并联组成，与MPPT相连并受其控制以保证工作在最大功率点附近。光 伏阵列产生的功率经MPPT输送到逆变系统，经逆变系统的逆变作用和滤波电路的滤波作 用，使直流电变为理想的交流电，并通过隔离变压器输送到电网。
[0004] 太阳能电池阵列的开路电压和短路电流很大程度上受日照和温度的影响。每一种 自然条件下都有最大的功率点。通过MPPT可以使光伏电池在任何当前日照下不断获得最 大功率，从而提高效率，充分运用太阳能。常用的方法有恒压法、爬山法、扰动观察法、导纳 法、功率回授法等。并网型逆变器是光伏发电系统中的核心关键部件，其目标是稳定直流母 线电压，控制输出电流实现有功功率和无功功率的解耦控制。通过设置逆变器控制模块来 调节SPWM的调制波，达到控制逆变器的输出电压和电流的目的。
[0005] 在上述这种小步长下做并网仿真的方法，其仿真时间长、占用内存大、计算量大， 也因此产生了一系列问题，比如大规模光伏并网的仿真速度很慢且对电脑内存要求较高， 等等。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种计算量小、仿真时间短的光伏 发电系统的等效建模方法。
[0007] 本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
[0008] -种光伏发电系统的等效建模方法，所述方法将控制模块、受控电压源、滤波电路 和电网依次相连，形成光伏电源的简化模型，所述控制模块根据光照强度、电池温度以及并 网点的电压电流信息计算受控电压源的调节控制信号，并根据计算结果对受控电压源进行 控制。
[0009] 上述光伏发电系统的等效建模方法，所述控制模块包括直流简化系统和逆变简化 系统，所述直流简化系统利用下式计算光伏电池的最大输出功率p'
[0011] 其中，VjP Im分别为给定条件下，最大功率点的电压和电流，AS = S-SMf，AT = T-TMf，SMf和T 分别为参考辐射强度（1000W/m2)和参考电池温度（25°C )，S和T分别为 辐射强度和电池温度，a、b、c为补偿系数；所述逆变简化系统根据下式计算其输出控制信 号的d轴与q轴分量U d，Uq:
[0014] 其中，ipv.d，为等效模型实际输出电流的d轴分量；L pv为滤波电路的电感；Up。。. d，％。。.，别为等效模型并网点电压的d轴与q轴分量；R pv为滤波电路电阻；《为角频率； 1/与I <:为电流控制信号；
[0015] 仏和U q再由DQ反变换成为受控电压源的控制信号。
[0016] 上述光伏发电系统的等效建模方法，所述补偿系数a、b、c的值分别为：a = 0? 0025 (°C )-1;b = 0? 0005 (W/m W = 0? 00288 (°C ) '
[0017] 本发明将光伏发电系统的仿真模型简化成一个由控制模块、受控电压源、滤波电 路和电网构成的简化模型。由于仿真模型中不存在电力电子器件，该方法在完成详细模型 的控制功能和不影响并网外特性前提下，大幅减小了仿真运算时间，提高了仿真效率，节省 了内存占用，并且电路简单，容易实现。
【附图说明】
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0019] 图1为光伏发电系统的构成示意图；
[0020] 图2为简化模型主电路结构图；
[0021] 图3为逆变简化系统的控制原理。
[0022] 文中各符号清单为：P' 光伏电池的最大输出功率；VjP I 别为给定条件 下，最大功率点的电压和电流；SMf和TMf分别为参考辐射强度（1000W/m 2)和参考电池温度 (25°C )，S和T分别为辐射强度和电池温度，a、b、c为补偿系数；Ud，Uq分别为逆变简化系 统的输出控制信号的d轴与q轴分量；i pv.d, 分别为等效模型实际输出电流的d轴和q 轴分量；Lpv为滤波电路的电感；Up。。.d, Up。。.^分别为等效模型并网点电压的d轴与q轴分量； Rpv为滤波电路电阻；《为角频率；I /与I 为电流控制信号；P，Q为逆变器输出的有功功率 与无功功率；Id，Iq分别为输出电流的d轴与q轴分量；e d，分别为电网电压d轴与q轴分 量；Ipv.d，Ipv.q分别为等效模型理论输出电流的d轴和q轴分量；i/，为内环电流控制参考 信号；Ud。，Udc*分别为直流稳压电容电压值和参考值。
【具体实施方式】
[0023] 本发明针对现有光伏发电系统模型的不足，提出了一种仿真简化模型。为了解决 现有技术存在的问题，本发明首次提出了从各环节要实现的功能出发，将光伏阵列和MPPT 环节精简为"直流简化系统"，将逆变器及其控制策略简化为单环的"逆变简化系统"。然后 再将二者合成控制电路，调节控制电源。便可将光伏发电系统的仿真模型简化成一个整个 模型仅以光照强度和温度作为输入量，以受控电压源作为电源与滤波电路串联，经隔离变 压器接入电网的简化模型。
[0024] 对光伏发电系统仿真模型的简化分为两部分：对直流系统的简化和对逆变系统的 简化。
[0025] 直流系统的简化
[0026] 在不同自然条件下，光伏阵列有不同的I-V输出特性，若无MPPT控制，光伏阵列的 工作点将偏离最大功率点，导致无法充分利用太阳能。MPPT的功能即通过不断改变光伏阵 列的输出电压，使其工作在最大功率点附近；而此过程需经检测环节、寻优算法和控制电路 实现，较为繁琐。此外，光伏阵列的输出电流计算公式十分复杂，参数的确定也十分困难。然 而从其外特性分析，光伏阵列与MPPT所实现的功能仅为最大程度吸收太阳能，并输送至逆 变系统。同时根据已有的研宄成果，在不同自然条件下，对应于最大功率点的电压和电流可 表示为：
[0027] Y'm=Vm ?In(e+bAS) ? (l~cAT) (1)
[0029] 其中