步骤102)和步骤103)的等效过程，受控电流源的电流数值受滤波器的电感 电流控制，受控电压源的电压数值受滤波器的电容电压控制。这样一个电压源和电流源的 接口将光伏发电系统的电力电子部分和交流电网部分的电气联系转为通过值传递互相影 响，完成仿真模型的建模，从而实现系统的拆分和并行仿真，特别指出，电力电子仿真部分 和交流电网仿真部分实质上为电力电子仿真模型和交流电网仿真模型，它们之间通过交换 电容电压，以及滑动平均后的电感电流等信息实现并行仿真，本实施例中，电力电子仿真模 型和电力电子仿真部分，以及交流电网仿真模型和交流电网仿真部分都应该被理解为同一 含义。
[0043] 2)并行仿真：在电力电子仿真模型进行几微秒步长的小步长仿真，在交流电网仿 真模型进行几十微秒步长的大步长仿真，以进行两个仿真模型的联合仿真，其中电力电子 仿真模型建立在FPGA上，交流电网仿真模型建立在CPU上。
[0044] 光伏发电系统包括光伏电池，该光伏电池依次通过电力电子电路、滤波器电感和 滤波器电容与交流电网连接，且在电力电子仿真模型中被等效为受控电流源，光伏电池本 身的模型（光伏端电压和光伏输出电流的关系）实时运行在CPU部分，光伏电池和电力电 子电路共同构成电力电子部分。
[0045] 如图2所示，为了确保两个仿真模型的时间上的同步，FPGA仿真循环和CPU实时 仿真循环由同一个时钟源来定时，即FPGA上的高速时钟。同时为了便于两个并行仿真平台 交换数据，大步长的CPU实时仿真的仿真步长需要是小步长的FPGA仿真步长的整数倍。在 每个CPU大步长仿真周期开始时，两个仿真循环交换电容电压、光伏电流，以及滑动平均后 的电感电流和光伏端电压等信息，具体的，FPGA上滤波电感电流、光伏端电压经过滑动平均 后传递给CPU的仿真循环，其滑动平均的窗长为CPU的仿真步长，而电容电压和光伏电流则 由交流电网仿真模型传递给电力电子仿真模型。
[0046] 下面具体以一个典型的双极光伏发电系统为具体的实施实例，其拓扑具体如图3 所示。该双极光伏发电系统包含依次连接的光伏电池、平波电容C pv、Boost电路、直流电容 Cdc、DC-AC逆变电路、逆变器的RLC滤波器、变压器、负荷、输电线路和无穷大电源。
[0047] 为了实现对此双极光伏发电系统的实时仿真，利用逆变器的的并网滤波器的电感 和电容将系统分割为电力电子子系统与交流电网子系统，这两个子系统采用受控电压源与 受控电流源的方式来接口。即交流电网子系统等效为受控电压源，并与电力电子子系统连 接构成电力电子仿真模型，电力电子子系统等效为受控电流源，并与交流电网子系统连接 构成交流电网仿真模型，其中电力电子仿真模型如图4所示，交流电网仿真模型在CPU上的 具体建模框图如图5所示。
[0048] 将系统分割后，电力电子仿真模型在FPGA上用几微秒的小步长实时仿真。为了在 FPGA上实现的便利性，在本实例中Boost电路和DC-AC逆变电路采用受控源的方式等效建 模。定义电力电子电路中受控开关的开关函数为S，当开关接收到PWM脉冲为高时，S为1， PWM脉冲为低时，S为0。
[0049] Boost电路中的受控电压源和受控电流源与其开关函数的关系为：
[0050] Vboost - (I-Sboost)Vcdc
[0051] Iboost= (1_S boost) ILpv
[0052] DC-AC全桥逆变电路等效模型中的受控电压源和受控电流源与其开关函数的关系 为：
[0053] Vinv a - V QdcS1
[0054] Vinv b= V CdcS3
[0055] Vinvc -VcdcS5
[0056] I inv_dc - _ (I LaSl + lLbSs+lLcS)
[0057] 其中：Vcd。为Cd。的电压，I _为Lpv的电流，Iu3, L。分别为滤波器电感电流，SbOTSt、 Sn S3、S5为图3中对应开关的开关函数。
[0058] 在本实例中的光伏电池是等效为受控电流源，光伏电池的具体模型实时运行在 CPU上，光伏电池的具体的数学模型如下，设在参考条件下，Is。为短路电流，V。。为开路电压， Im、Vm为最大功率点电流和电压，则当光伏阵列电压为V，其对应点电流为I :
[0062] 如上是光伏电池在参考的辐照强度和温度，即GMf、TMf时的数学模型，一般分别为
【主权项】
1. 一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，包括步骤： 1) 根据光伏发电系统的架构，分别建立电力电子仿真部分和交流电网仿真部分； 2) 在电力电子仿真部分进行几微秒步长的小步长仿真，在交流电网仿真部分进行几十 微秒步长的大步长仿真，以进行两个仿真部分的联合仿真。
2. 根据权利要求1所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 步骤1)具体包括步骤： 101) 利用光伏发电系统中滤波器电感和滤波器电容将光伏发电系统分割为电力电子 子系统与交流电网子系统； 102) 将交流电网子系统等效为受控电压源，并与电力电子子系统连接构成电力电子仿 真部分； 103) 将电力电子子系统等效为受控电流源，并与交流电网子系统连接构成交流电网仿 真部分。
3. 根据权利要求2所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 步骤101)具体为：以光伏发电系统中滤波器电感和滤波器电容为界对光伏发电系统进行 分割，将滤波器电感一侧作为电力电子子系统，将滤波器电容一侧作为交流电网子系统。
4. 根据权利要求3所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 电力电子仿真部分建立在FPGA上，所述交流电网仿真部分建立在CPU上。
5. 根据权利要求4所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 光伏发电系统包括光伏电池，该光伏电池依次通过电力电子电路、滤波器电感和滤波器电 容与交流电网连接，所述光伏电池在电力电子仿真部分中被等效为受控电流源，且光伏电 池的模型运行于CPU上。
6. 根据权利要求2所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 电力电子仿真部分和交流电网仿真部分采用同一时钟源。
7. 根据权利要求6所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 时钟源为FPGA上的高速时钟。
8. 根据权利要求6所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 步骤2)中，大步长仿真的步长为小步长仿真步长的整数倍。
9. 根据权利要求8所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 大步长仿真的每个仿真周期的起始时刻，两个仿真部分交换电容电压、光伏电流、以及滑动 平均后的电感电流和光伏端电压。
10. 根据权利要求8所述的一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，其特征在于，所述 滑动平均的窗口长度为大步长仿真的步长。
【专利摘要】本发明涉及一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，光伏发电系统的电力电子部分一般都通过含有电感和电容的滤波器并网，利用这个拓扑特点、以及电感电流和电容电压在几十微秒的时间内不会突变的原理，以滤波器电感和滤波器电容为界将光伏发电系统分割，设计了受控电压源和受控电流源的接口方式，分别建立电力电子仿真部分和交流电网仿真部分，将电力电子仿真部分在FPGA上进行几微秒步长的实时仿真，将交流电网仿真部分放在CPU上进行几十微秒步长的实时仿真。与现有技术相比，本发明分别建立电力电子仿真部分和交流电网仿真部分，充分利用了系统的拓扑结构和元件的电气特性实现系统分割，可以对两个仿真部分实现不同步长的联合仿真。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104834791
【申请号】CN201510268404
【发明人】汪新星, 刘旭, 刘浩, 杜航
【申请人】上海远宽能源科技有限公司
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月22日