一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型技术方案

本发明专利技术公开一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型，其特征在于，包括光伏电池单元、最大功率跟踪单元、直流稳压单元、PQ解耦控制单元和保护配置单元；光伏电池单元的输出端连接直流稳压单元的输入端，直流稳压单元的输出端连接光伏电池单元的输入端和PQ解耦控制单元的输入端，PQ解耦控制单元的输出端连接直流稳压单元的输入端和输出环节；最大功率跟踪单元的输出端连接光伏电池单元、直流稳压单元和PQ解耦控制单元的输入端；保护配置单元连接所述输出环节。本发明专利技术适用于电力系统机电暂态仿真中的暂态稳定计算，能分析光伏接入系统的暂态稳定性、研究局部电网无功电压问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型
本专利技术涉及电力系统输配电
，尤其涉及一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型。
技术介绍
针对光伏这种新能源形式越来越多地并网运行，其对电力系统的影响也越来越不容忽视，尤其在局部电网和微电网中，它将发挥很重要的作用。光伏发电系统接入电网后，由于其出力的随机性和不同于传统电源的暂态特性，必将会对电力系统造成各种新的影响。因此，建立一种适用于机电暂态稳定分析的并网光伏发电系统模型显得尤为重要。且考虑大型电网机电暂态仿真的特点，要求仿真模型要兼顾效率和精度。光伏发电由于其出力的随机性和不确定性，一般情况下都是以MPPT方式或定功率方式进行并网。在这种控制策略下，已有的光伏发电系统机电暂态模型建模方法主要采用对电磁暂态模型进行简化后提出的一种基于电压外环电流内环的dq解耦控制策略。申请号为201210328721.6的中国专利申请公开一种通用的并网式光伏发电系统机电暂态模型，其所述模型的缺点在于：(1)其采用的dq解耦控制实际上还是延续了电磁暂态仿真的思想，内外环控制系统复杂，参数调整不易；(2)该模型没有完整的考虑各种保护手段和措施；(3)该模型需要的仿真步长为1ms，远小于机电暂态仿真分析10ms仿真步长的要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型，适用于电力系统机电暂态仿真中的暂态稳定计算，能分析光伏接入系统的暂态稳定性、研究局部电网无功电压问题。解决的主要技术问题有：建立光伏发电系统准稳态模型，准确模拟光伏发电系统在稳态和暂态过程中有功无功变化；设置扰动S和T，模拟扰动给光伏发电系统输出和局部电网带来的影响。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型，包括光伏电池单元、最大功率跟踪单元、直流稳压单元、PQ解耦控制单元和保护配置单元；光伏电池单元的输出端连接直流稳压单元的输入端，直流稳压单元的输出端连接光伏电池单元的输入端和PQ解耦控制单元的输入端，PQ解耦控制单元的输出端连接直流稳压单元的输入端和输出环节；最大功率跟踪单元的输出端连接光伏电池单元、直流稳压单元和PQ解耦控制单元；保护配置单元连接所述输出环节。进一步的，所述PQ解耦控制单元包括有功环和无功环；所述有功环的输入端连接直流稳压单元的输出端、最大功率跟踪单元的输出端和无功环的输出端，所述无功环的输入端连接直流稳压单元的输出端。进一步的，光伏电池单元符合传统光伏电池工程简化模型，用光照S、温度T、电池端电压Upv作为变量输入，Ipv作为单光伏电池输出电流，表达式为：式中：ΔT＝T-25(5)Uocc＝Uoc(1-0.00288ΔT)×ln(e+0.5ΔS)(8)Umm＝Um(1-0.00288ΔT)×ln(e+0.5ΔS)(9)式中：Im、Isc、Um、Uoc——温度T为25℃、日照强度S为1000W/m2条件下的单光伏电池最大功率点电流，短路电流，最大功率点电压，开路电压；单光伏电池的参数为定值：Im＝13.74A，Isc＝14.98A，Um＝348V，Uoc＝444V；而Imm、Iscc、Umm、Uocc分别是经过S和T修正的最大功率点电流、短路电流、最大功率点电压、开路电压。进一步的，最大功率跟踪单元使直流侧电压Udc跟踪经过修正的单组光伏电池最大功率点电压Umm，表达式为：Umm＝Um(1-0.00288ΔT)×ln(e+0.5ΔS)(10)进一步的，直流稳压单元为双级式或单级式；双级式表示为Udc＝kUpv；k为直流侧升压电路升压比；单级式表示为Udc＝Upv；直流稳压单元有一个直流稳压电容C，其两侧的功率传递表达式为：其中Pdc为直流环节输入功率；Spv为直流环节输出功率。进一步的，PQ解耦控制单元将有功无功环节解耦控制，利用RL滤波电路两侧电压相角差δ作为有功环的控制对象，以逆变器调制比M作为无功环的控制对象，通过下式完成对有功无功的解耦控制(忽略滤波电阻R)：式中：Ui和Us——逆变器出口侧电压和网侧电压，Ui＝MUdc；L——滤波电感；ω——电网角频率；P和Q——有功、无功输出；进一步的，保护配置单元包括电压保护模块、频率保护模块、过电流及短路电流保护模块和电压不平衡保护模块。进一步的，所述基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型包括两种工作方式：定光伏电池组数量和自动计算所需光伏电池组数，两种方式都假定初始稳态工作点为最大功率工作点；第一种工作方式为：用潮流计算所得到的有功初始值PG0除以单光伏电池的最大输出功率Pmax＝Umm*Imm，计算出所需的光伏电池组数Nvp，即假设初始工作状态S0＝1000W/m2，T0＝25℃，第二种工作方式为：自定义所需光伏电池组数Nvp，Nvp*Pmax≥PG0，通过光伏电池光照S和输出功率P的关系，求出当前工作点的光照强度，即初始工作状态为T0＝25℃，0≤S≤1000W/m2。进一步的，有功环中变量间关系通过下式表达：式中：KpP和KpI——有功环PI调节系数；Udcref——通过MPPT计算得到的直流侧电压参考值；δ0——δ的初始值；Idc——直流环节输入电流。无功环中变量间关系通过下式表达：式中：KqP和KqI——无功环PI调节系数；Qref——无功参考值；M0——M的初始值；输出环节的变量关系通过下式表达：式中：θI和θV——光伏输出电流和电网电压的相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型，其特征在于，包括光伏电池单元、最大功率跟踪单元、直流稳压单元、PQ解耦控制单元和保护配置单元； 光伏电池单元的输出端连接直流稳压单元的输入端，直流稳压单元的输出端连接光伏电池单元的输入端和PQ解耦控制单元的输入端，PQ解耦控制单元的输出端连接直流稳压单元的输入端和输出环节； 最大功率跟踪单元的输出端连接光伏电池单元、直流稳压单元和PQ解耦控制单元； 保护配置单元连接所述输出环节。

【技术特征摘要】
1.一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型，其特征在于，包括光伏电池单元、最大功率跟踪单元、直流稳压单元、PQ解耦控制单元和保护配置单元；光伏电池单元的输出端连接直流稳压单元的输入端，直流稳压单元的输出端连接光伏电池单元的输入端和PQ解耦控制单元的输入端，PQ解耦控制单元的输出端连接直流稳压单元的输入端和输出环节；最大功率跟踪单元的输出端连接光伏电池单元、直流稳压单元和PQ解耦控制单元；保护配置单元连接所述输出环节；所述基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型包括两种工作方式：定光伏电池组数量和自动计算所需光伏电池组数，两种方式都假定初始稳态工作点为最大功率工作点；第一种工作方式为：用潮流计算所得到的有功初始值PG0除以单光伏电池的最大输出功率Pmax＝Umm*Imm，计算出所需的光伏电池组数Nvp，即假设初始工作状态S0＝1000W/m2，T0＝25℃，第二种工作方式为：自定义所需光伏电池组数Nvp，Nvp*Pmax≥PG0，通过光伏电池光照S和输出功率P的关系，求出当前工作点的光照强度，即初始工作状态为T0＝25℃，0≤S≤1000W/m2；其中，ΔT＝T-25(5)Umm＝Um(1-0.00288ΔT)×ln(e+0.5ΔS)(9)式中：Im、Um分别是温度T为25℃、日照强度S为1000W/m2条件下的单光伏电池最大功率点电流、最大功率点电压；单光伏电池的参数为定值：Im＝13.74A，Um＝348V；而Imm、Umm分别是经过S和T修正的最大功率点电流、最大功率点电压。2.根据权利要求1所述的一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型，其特征在于，所述PQ解耦控制单元包括有功环和无功环；所述有功环的输入端连接直流稳压单元的输出端、最大功率跟踪单元的输出端和无功环的输出端，所述无功环的输入端连接直流稳压单元的输出端。3.根据权利要求1所述的一种基于功率解耦控制的并网光伏发电系统机电暂态模型，其特征在于，光伏电池单元符合传统光伏电池工程简化模型，用光照S、温度T、电池端电压Upv作为变量输入，Ipv作为单光伏电池输出电流，表达式为：式中：Uocc＝Uoc(1-0.00288ΔT)×ln(e+0.5ΔS)(8)式中：Isc、Uoc分别是温度T为25℃、日照强度S为1000W/m2条件下的单光伏电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，焦在滨，刘琳，康小宁，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61