一种光伏并网发电模型的参数辨识方法及装置与流程

本技术涉及电力系统仿真建模，更具体的说，是涉及一种光伏并网发电模型的参数辨识方法及装置。

背景技术：

1、随着电力系统技术的发展以及新能源的电力应用，光伏发电单元凭借其发电效率高、适应性强、维护成本低的优点并入电网。光伏发电单元是指光伏发电站中以一定数量的光伏组件串，通过直流汇流箱汇集，经逆变器逆变与隔离升压变电站升压成符合电网频率和电压要求的电源。

2、目前光伏发电单元厂家已经有了较为完善的电磁模型，可以描述光伏发电单元在故障状态下的动态响应。但由于技术隐私保护的原因，普通用户获得的光伏发电模型属于“黑盒”模型，通常难以从设备铭牌或厂商提供的手册中获得所有模型参数，难以开展光伏发电单元并网的相关研究。

3、鉴于此，如何对光伏发电单元黑盒模型进行辨识，以获取尽量丰富的光伏并网发电模型参数，是需要关注的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本技术提供了一种光伏并网发电模型的参数辨识方法及装置，以获取尽量丰富的光伏并网发电模型参数。

2、为了实现上述目的，现提出具体方案如下：

3、一种光伏并网发电模型的参数辨识方法，包括：

4、构建光伏并网发电模型，所述光伏并网发电模型包括光伏阵列模型、光伏逆变器、变流器和升压变压器，所述光伏阵列模型包括多个光伏阵列组，每个光伏阵列组包括串联的多个光伏电池，所述变流器包括由12个绝缘栅双极晶体管igbt组成的三电平中性点钳位变流器，所述光伏逆变器包括电流内环控制器和电压外环控制器；

5、对所述光伏并网发电模型进行光伏故障测试，获取所述光伏并网发电模型的逆变器在故障期间暂态控制模式下的故障状态pi参数，以及获取所述光伏并网发电模型在电压故障穿越及恢复过程中的故障穿越恢复参数；

6、对所述故障状态pi参数以及所述故障穿越恢复参数进行整合，得到所述光伏并网发电模型的辨识参数。

7、可选的，获取所述光伏并网发电模型的逆变器在故障期间暂态控制模式下的故障状态pi参数，包括：

8、当所述光伏逆变器发生电压穿越故障时，将所述光伏逆变器的工作模式切换至故障期间暂态控制模式；

9、在所述故障期间暂态控制模式下，对所述电流内环控制器的pi参数以及所述电压外环控制器的pi参数初始化赋值；

10、对所述电流内环控制器的pi参数和所述电压外环控制器的pi参数在各自的预设范围内进行扰动，得到所述光伏并网发电模型在故障状态下的动态响应信息；

11、计算所述光伏并网发电模型在故障状态下的动态响应信息，与已有的光伏并网发电黑盒模型在故障状态下的动态响应信息之间的误差；

12、若所述误差大于预设误差阈值，利用粒子群算法更新所述电流内环控制器的pi参数以及所述电压外环控制器的pi参数，得到所述电流内环控制器的更新后的pi参数，以及所述电压外环控制器的更新后的pi参数，返回执行所述对所述电流内环控制器的pi参数和所述电压外环控制器的pi参数在各自的预设范围内进行扰动，得到所述光伏并网发电模型在故障状态下的动态响应信息的步骤；

13、若所述误差不大于所述预设误差阈值，将所述电流内环控制器的pi参数以及所述电压外环控制器的pi参数输出为故障状态pi参数。

14、可选的，所述故障期间暂态控制模式为无功电流控制与有功电流控制联合控制；

15、其中，所述无功电流控制的方式为：

16、

17、其中，iq为无功电流，in为所述光伏并网发电模型的额定电流，ug为所述光伏并网发电模型的并网点处的电压标幺值；

18、所述有功电流控制的方式为：

19、

20、其中，id为有功电流，i′max为所述逆变器最大允许输出电流。

21、可选的，获取所述光伏并网发电模型在电压故障穿越及恢复过程中的故障穿越恢复参数，包括：

22、获取所述光伏并网发电模型在低电压故障穿越过程中的第一实测数据，以及所述光伏并网发电模型在高电压故障穿越过程中的第二实测数据；

23、基于所述第一实测数据，构建低压穿越功率响应曲线；

24、基于所述第二实测数据，构建高压穿越功率响应曲线；

25、根据所述低压穿越功率响应曲线，确定所述光伏并网发电模型在低电压故障穿越的各个阶段的有功功率幅值、无功功率幅值及有功电流，以及所述光伏并网发电模型对低电压故障穿越的恢复速率，以作为所述光伏并网发电模型的低电压故障穿越恢复参数；

26、根据所述高压穿越功率响应曲线，确定所述光伏并网发电模型在高电压故障穿越的各个阶段的有功功率幅值、无功功率幅值及有功电流，以及所述光伏并网发电模型对高电压故障穿越的恢复速率，以作为所述光伏并网发电模型的高电压故障穿越恢复参数；

27、整合所述低电压故障穿越恢复参数和所述高电压故障穿越恢复参数，得到所述光伏并网发电模型的故障穿越恢复参数。

28、可选的，所述低压穿越功率响应曲线包括故障状态第一变化点，故障状态第二变化点，故障状态第三变化点和故障状态第四变化点，低电压故障穿越的各个阶段包括故障发生暂态阶段、故障中稳态阶段和稳态恢复阶段，其中，在所述故障状态第一变化点与所述故障状态第二变化点之间的阶段为所述故障发生暂态阶段，在所述故障状态第二变化点与所述故障状态第三变化点之间的阶段为所述故障中稳态阶段，在所述故障状态第三变化点与所述故障状态第四变化点之间的阶段为所述稳态恢复阶段；

29、根据所述低压穿越功率响应曲线，确定所述光伏并网发电模型在低电压故障穿越的稳态恢复阶段的有功电流，包括：

30、利用下式计算所述光伏并网发电模型在低电压故障穿越的稳态恢复阶段的有功电流：

31、

32、其中，t为在所述稳态恢复阶段中的任意时刻，为第t时刻下的有功电流，t2为所述故障状态第三变化点的时刻值，t4为所述故障状态第四变化点的时刻值，t3为在稳态恢复阶段中的有功功率变化拐点对应的时刻值，k1为所述有功功率变化拐点与所述故障状态第三变化点之间的曲线段的斜率，k2为所述有功功率变化拐点与所述故障状态第四变化点之间的曲线段的斜率，iq_fault为无功电流预设参考值。

33、可选的，针对每个光伏电池，所述光伏电池的等效电路模型包括电流源、二极管、串联电阻、并联电阻和外接负载电阻，所述电流源、所述二极管与所述并联电阻并联，所述并联电阻通过所述串联电阻与所述外接负载电阻串联；

34、所述光伏电池的输出电流为：

35、

36、其中，i1为所述光伏电池的输出电流，u为所述光伏电池的输出电压，isc为所述电流源的光生电流，c1为第一表达式，c2为第二表达式，uoc为所述等效电路模型的开路电压，im为所述等效电路模型的最大功率点电流，um为所述等效电路模型的最大功率点电压；

37、所述光伏阵列模型的输出电流为：

38、

39、其中，i2为所述光伏阵列模型的输出电流，np为所述光伏阵列模型的光伏阵列组组数，ns为每组光伏阵列组的光伏电池个数。

40、可选的，所述升压变压器为单管隔离直流变换器，所述升压变压器的器件与buck变换器的器件相同，所述升压变压器的电感位于输入侧，所述升压变压器的占空比不为100％。

41、一种光伏并网发电模型的参数辨识装置，包括：

42、模型构建单元，用于构建光伏并网发电模型，所述光伏并网发电模型包括光伏阵列模型、光伏逆变器、变流器和升压变压器，所述光伏阵列模型包括多个光伏阵列组，每个光伏阵列组包括串联的多个光伏电池，所述变流器包括由12个绝缘栅双极晶体管igbt组成的三电平中性点钳位变流器，所述光伏逆变器包括电流内环控制器和电压外环控制器；

43、光伏故障测试单元，用于对所述光伏并网发电模型进行光伏故障测试，获取所述光伏并网发电模型的逆变器在故障期间暂态控制模式下的故障状态pi参数，以及获取所述光伏并网发电模型在电压故障穿越及恢复过程中的故障穿越恢复参数；

44、参数整合单元，用于对所述故障状态pi参数以及所述故障穿越恢复参数进行整合，得到所述光伏并网发电模型的辨识参数。

45、可选的，所述光伏故障测试单元，包括：

46、故障切换单元，用于当所述光伏逆变器发生电压穿越故障时，将所述光伏逆变器的工作模式切换至故障期间暂态控制模式；

47、pi参数赋值单元，用于在所述故障期间暂态控制模式下，对所述电流内环控制器的pi参数以及所述电压外环控制器的pi参数初始化赋值；

48、扰动单元，用于对所述电流内环控制器的pi参数和所述电压外环控制器的pi参数在各自的预设范围内进行扰动，得到所述光伏并网发电模型在故障状态下的动态响应信息；

49、误差计算单元，用于计算所述光伏并网发电模型在故障状态下的动态响应信息，与已有的光伏并网发电黑盒模型在故障状态下的动态响应信息之间的误差；

50、pi参数更新单元，用于若所述误差大于预设误差阈值，利用粒子群算法更新所述电流内环控制器的pi参数以及所述电压外环控制器的pi参数，得到所述电流内环控制器的更新后的pi参数，以及所述电压外环控制器的更新后的pi参数，返回执行所述扰动单元；

51、pi参数输出单元，用于若所述误差不大于所述预设误差阈值，将所述电流内环控制器的pi参数以及所述电压外环控制器的pi参数输出为故障状态pi参数。

52、可选的，所述故障期间暂态控制模式为无功电流控制与有功电流控制联合控制；

53、其中，所述无功电流控制的方式为：

54、

55、其中，iq为无功电流，in为所述光伏并网发电模型的额定电流，ug为所述光伏并网发电模型的并网点处的电压标幺值；

56、所述有功电流控制的方式为：

57、

58、其中，id为有功电流，i′max为所述逆变器最大允许输出电流。

59、可选的，所述光伏故障测试单元，包括：

60、实测数据获取单元，用于获取所述光伏并网发电模型在低电压故障穿越过程中的第一实测数据，以及所述光伏并网发电模型在高电压故障穿越过程中的第二实测数据；

61、低压穿越功率响应曲线构建单元，用于基于所述第一实测数据，构建低压穿越功率响应曲线；

62、高压穿越功率响应曲线构建单元，用于基于所述第二实测数据，构建高压穿越功率响应曲线；

63、低电压故障穿越恢复参数确定单元，用于根据所述低压穿越功率响应曲线，确定所述光伏并网发电模型在低电压故障穿越的各个阶段的有功功率幅值、无功功率幅值及有功电流，以及所述光伏并网发电模型对低电压故障穿越的恢复速率，以作为所述光伏并网发电模型的低电压故障穿越恢复参数；

64、高电压故障穿越恢复参数确定单元，用于根据所述高压穿越功率响应曲线，确定所述光伏并网发电模型在高电压故障穿越的各个阶段的有功功率幅值、无功功率幅值及有功电流，以及所述光伏并网发电模型对高电压故障穿越的恢复速率，以作为所述光伏并网发电模型的高电压故障穿越恢复参数；

65、故障穿越恢复参数整合单元，用于整合所述低电压故障穿越恢复参数和所述高电压故障穿越恢复参数，得到所述光伏并网发电模型的故障穿越恢复参数。

66、可选的，所述低压穿越功率响应曲线包括故障状态第一变化点，故障状态第二变化点，故障状态第三变化点和故障状态第四变化点，低电压故障穿越的各个阶段包括故障发生暂态阶段、故障中稳态阶段和稳态恢复阶段，其中，在所述故障状态第一变化点与所述故障状态第二变化点之间的阶段为所述故障发生暂态阶段，在所述故障状态第二变化点与所述故障状态第三变化点之间的阶段为所述故障中稳态阶段，在所述故障状态第三变化点与所述故障状态第四变化点之间的阶段为所述稳态恢复阶段；

67、所述低电压故障穿越恢复参数确定单元，包括：

68、有功电流计算单元，用于利用下式计算所述光伏并网发电模型在低电压故障穿越的稳态恢复阶段的有功电流：

69、

70、其中，t为在所述稳态恢复阶段中的任意时刻，为第t时刻下的有功电流，t2为所述故障状态第三变化点的时刻值，t4为所述故障状态第四变化点的时刻值，t3为在稳态恢复阶段中的有功功率变化拐点对应的时刻值，k1为所述有功功率变化拐点与所述故障状态第三变化点之间的曲线段的斜率，k2为所述有功功率变化拐点与所述故障状态第四变化点之间的曲线段的斜率，iq_fault为无功电流预设参考值。

71、可选的，针对每个光伏电池，所述光伏电池的等效电路模型包括电流源、二极管、串联电阻、并联电阻和外接负载电阻，所述电流源、所述二极管与所述并联电阻并联，所述并联电阻通过所述串联电阻与所述外接负载电阻串联；

72、所述光伏电池的输出电流为：

73、

74、其中，i1为所述光伏电池的输出电流，u为所述光伏电池的输出电压，isc为所述电流源的光生电流，c1为第一表达式，c2为第二表达式，uoc为所述等效电路模型的开路电压，im为所述等效电路模型的最大功率点电流，um为所述等效电路模型的最大功率点电压；

75、所述光伏阵列模型的输出电流为：

76、

77、其中，i2为所述光伏阵列模型的输出电流，np为所述光伏阵列模型的光伏阵列组组数，ns为每组光伏阵列组的光伏电池个数。

78、可选的，所述升压变压器为单管隔离直流变换器，所述升压变压器的器件与buck变换器的器件相同，所述升压变压器的电感位于输入侧，所述升压变压器的占空比不为100％。

79、借由上述技术方案，本技术通过构建光伏并网发电模型，所述光伏并网发电模型包括光伏阵列模型、光伏逆变器、变流器和升压变压器，所述光伏阵列模型包括多个光伏阵列组，每个光伏阵列组包括串联的多个光伏电池，所述变流器包括由12个绝缘栅双极晶体管igbt组成的三电平中性点钳位变流器，所述光伏逆变器包括电流内环控制器和电压外环控制器，对所述光伏并网发电模型进行光伏故障测试，获取所述光伏并网发电模型的逆变器在故障期间暂态控制模式下的故障状态pi参数，以及获取所述光伏并网发电模型在电压故障穿越及恢复过程中的故障穿越恢复参数，对所述故障状态pi参数以及所述故障穿越恢复参数进行整合，得到所述光伏并网发电模型的辨识参数。由此可见，通过光伏故障测试使得光伏并网发电模型的pi控制参数逼近光伏发电单元黑盒模型，以及仿真光伏发电单元的故障穿越及恢复特性，从而精确辨识光伏发电单元黑盒模型的模型参数。