基于pscad/emtdc的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真等效模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[00011本發(fā)明屬于分布式光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PSCAD/EMTDC的分布式 光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真等效模型，適用于PSCAD/EMTDC中分布式發(fā)電系統(tǒng)仿真模型的簡(jiǎn)化，以及 在PSCAD/EMTDC中進(jìn)行大型分布式發(fā)電站等值仿真，提高仿真的速度和效率。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在PSCAD/EMTDC中搭建分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真模型時(shí)，電路主要由光伏模 擬、變流器和電網(wǎng)主電路部分以及控制電路部分組成。本仿真的主要技術(shù)難點(diǎn)集中在變流 器的控制，通過各種數(shù)學(xué)算法而得到變流器脈沖生成部分，其中變流器脈沖生成部分由調(diào) 制方式?jīng)Q定為PWM調(diào)制方式或者SVPWM調(diào)制方式。不管采用哪種方式，都會(huì)使模型中存在較 高頻率的脈沖信號(hào)計(jì)算，為了使仿真波形不失真，PSCAD/EMTDC中光伏變流器模型的采樣步 長(zhǎng)一般都在幾個(gè)到十幾微秒左右。仿真過程中在每個(gè)開關(guān)步長(zhǎng)，程序就要產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)迭 代，導(dǎo)致每個(gè)仿真工程計(jì)算數(shù)據(jù)量龐大，仿真節(jié)點(diǎn)數(shù)量受到限制。利用PSCAD/EMTDC進(jìn)行大 規(guī)模光伏電站發(fā)電仿真極為困難，仿真無法進(jìn)行。
[0003] PSCAD表不：電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Power Systems Computer Aided Design) dEMTDC表示：包含直流系統(tǒng)的電磁暫態(tài)（Electromagnetic Transients including DC) 〇
[0004] 圖1為已有三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)模型主電路結(jié)構(gòu)圖。包括由光伏陣列模塊、直流 母線模塊、三相電壓源型逆變器(VSC)模塊、ΜΡΡΤ算法模塊、逆變器模塊的控制模塊、逆變器 SVPWM調(diào)制模塊、濾波器模塊、三相升壓變壓器模塊、網(wǎng)側(cè)濾波電感、無窮大電網(wǎng)。
[0005] 模型中單個(gè)太陽(yáng)能電池或組件的輸出功率較小，仿真中將單個(gè)太陽(yáng)能電池或組件 通過串并聯(lián)形成陣列以滿足大容量光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電需求。在單個(gè)光伏電池模型的基礎(chǔ) 上，簡(jiǎn)化等值建立光伏陣列整體模型。模型需要輸入的參數(shù)為光照強(qiáng)度S，光伏電池溫度Τ。 光伏陣列產(chǎn)生的直流開路電壓直接給直流電容充電，光伏電池發(fā)出直流電后只經(jīng)過一級(jí) DC/AC的逆變，轉(zhuǎn)換成電網(wǎng)同頻同相同幅值的交流電并網(wǎng)，其中并網(wǎng)逆變器在完成并網(wǎng)逆變 的。本發(fā)明采用電導(dǎo)增量法實(shí)現(xiàn)ΜΡΡΤ控制算法，光伏陣列輸，通過ΜΡΡΤ控制算法的計(jì)算直接 給出最大功率點(diǎn)的電壓值，直接將最大功率點(diǎn)的輸出直流電壓作為逆變器控制模塊輸入量 為直流母線電壓指令V ref。逆變器控制模只需給定無功功率指令g;，輸出量為逆變器模塊 交流側(cè)的目標(biāo)電壓。目標(biāo)電壓經(jīng)過逆變器SVPWM調(diào)制模塊得到逆變器模塊的控制脈沖信號(hào)。 觸發(fā)脈沖信號(hào)直接送給逆變器。變流器模塊的開斷調(diào)制出相應(yīng)的目標(biāo)電壓，從而實(shí)現(xiàn)控制 目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供一種基于PSCAD/EMTDC的分布 式光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真等效模型簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，在PSCAD/EMTDC環(huán)境下對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)仿 真模型的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。目的是為了解決光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏逆變器仿真開關(guān)仿真非線性計(jì)算 量龐大問題。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0008] 基于PSCAD/EMTDC的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真等效模型：
[0009] 包括光伏陣列模塊、光伏陣列可控電壓源模塊、逆變器可控電壓源模塊、光伏陣列 可控電壓源模塊的MPPT控制模塊、逆變器可控電壓源模塊的控制模塊、兩相旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系到 三相靜止坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換模塊、逆變器側(cè)濾波電感及等效電網(wǎng)模型；
[0010] 其中，光伏陣列模塊直接與光伏陣列可控電壓源模塊、逆變器可控電壓源模塊通 過逆變器側(cè)濾波電感與等效電網(wǎng)模型相連接。
[0011] 所述的光伏陣列可控電壓源模塊的MPPT控制模塊和逆變器可控電壓源模塊的控 制模塊部分，光伏陣列可控電壓源模塊的MPPT控制模塊的輸入信號(hào)為光伏陣列的輸出電壓 信號(hào)Vd。和電流信號(hào)，輸出為光伏陣列端口的目標(biāo)電壓，將這個(gè)目標(biāo)電壓作為光伏陣列可控 電壓源模塊的控制信號(hào)，來實(shí)現(xiàn)光伏陣列追蹤最大功率控制目標(biāo);逆變器側(cè)可控電壓源模 塊的控制模塊的輸入信號(hào)為d軸電流指令信號(hào)ζ和q軸電流指令信號(hào)<，輸出信號(hào)為兩相坐 標(biāo)軸下目標(biāo)電壓，經(jīng)過坐標(biāo)系3/2變換后，輸出為并網(wǎng)點(diǎn)目標(biāo)電壓，將這個(gè)目標(biāo)電壓作為逆 變器側(cè)可控電壓源模塊的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)逆變器側(cè)并網(wǎng)的控制目標(biāo)。
[0012] 所述的光伏陣列可控電壓源模塊和逆變器可控電壓源模塊輸出的電壓來模擬原 逆變器模塊直流側(cè)電壓和交流側(cè)端口處產(chǎn)生的調(diào)制電壓;經(jīng)過光伏陣列可控電壓源模塊的 控制模塊和逆變器側(cè)可控電壓源模塊的控制模塊，得到原逆變器模塊直流側(cè)和電網(wǎng)側(cè)端口 的目標(biāo)電壓作為光伏陣列可控電壓源模塊和逆變器側(cè)可控電壓源模塊的控制信號(hào)。
[0013] 所述的光伏陣列模塊的數(shù)學(xué)模型:一個(gè)理想的光伏電池，在光照恒定時(shí)，光生電流 不隨光伏電池的工作狀態(tài)而變化，因此在等效電路中可以看作是一個(gè)恒流源；由等效電路 可得出光伏電池的輸出特性方程如下：
[0014] (1)；
[0015] iPh為給定光強(qiáng)下的短路電流；
[0016]
( 2 )·
[0017] 式中Isc為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件Tref = 25°C，光照強(qiáng)度Gref = 1000W/V下的短路電流;參數(shù) ατ為在參考日照下的電流變化溫度系數(shù)：
[0018] (3)；
[0019]式中：Irs為額定溫度下的太陽(yáng)能電池二極管反向飽和電流。其余參數(shù)，q為電子電 荷常數(shù)，通常為1.60eT19;k為波茲曼常數(shù)，通常為1.38eT23;n為二極管影響因子，Ed光伏電 能帶寬度；
[0020] 光伏陣列模塊是由多個(gè)光伏組件串并聯(lián)組成，從而提高了系統(tǒng)的電壓和電流，以 此增加系統(tǒng)傳輸?shù)墓β?；由Nc個(gè)組件串聯(lián)，N b個(gè)組件并聯(lián)組成的光伏陣列模塊的輸出電流可 描述為：
[0021] (4)；
[0022] P = VI (5)；
[0023] 光伏陣列模塊的輸出電流I與輸出功率P隨光伏陣列模塊輸出電壓V的變化而變 化；
[0024]光伏發(fā)電最大功率追蹤控制(MPPT)。
[0025]所述的光伏發(fā)電最大功率追蹤控制(MPPT)的控制方法是電導(dǎo)增量法，具體如下：
[0026] 采樣I(t)和V(t)分別為光伏陣列模塊t時(shí)刻采樣點(diǎn)，通過電導(dǎo)增量法求得到光伏 陣列模塊輸出電壓參考值Vref ;
[0027] 在光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，光伏陣列輸出電壓能以平穩(wěn)的方式跟蹤其變化，而目在 最大功率點(diǎn)的振蕩幅度和功率損失也較少；電導(dǎo)增量法的控制流程中，其中I (t)和V( t)分 別為光伏陣列模塊t時(shí)刻米樣點(diǎn)的輸出電流和電壓，i(t-i)和v(t-i)分別為光伏陣列模塊 t-Ι時(shí)刻采樣點(diǎn)的輸出電壓和電流；Λν、△ I是t時(shí)刻和t-ι時(shí)刻的電流電壓差值;這里首先 判斷Δ V、Δ I是否為〇，若為〇，則光伏組件工作在最大功率點(diǎn)處，跟蹤結(jié)束;若不同時(shí)為〇，則 先通過調(diào)整電壓，使Δ V為0,進(jìn)一步調(diào)整Δ I，使Δ I為〇;通過直流電壓閉環(huán)控制，使光伏電 池的輸出電壓始終向最大功率點(diǎn)靠近;在判斷過程中，給定一個(gè)允許的最小值，當(dāng)A V在最 小范圍之內(nèi)就可以停止擾動(dòng);通過敘述的步驟，在PSCAD中建立MPPT控制器防真模型。
[0028] 所述的逆變器可控電壓源模塊的數(shù)學(xué)模型是：
[0029] (.6)；
[0030] 式中，eq和ed分別為電網(wǎng)電壓的d、q軸分量，iq和id分別為輸入到原逆變器模塊電 流的d、q軸分量，S q和Sd分別為開關(guān)函數(shù)的d，q軸分量;vJPvd分別為原逆變器模塊交流側(cè)輸 出電壓的q、d軸分量;Lf為原逆變器模塊濾波電感值，C f為原逆變器模塊直流電容值，為電 感的動(dòng)態(tài)電流;Rf為原逆變器模塊等效電阻值，ω s為電網(wǎng)頻率;Vd。為原逆變器模塊直流側(cè) 電壓。
[0031] 所述的逆變器可控電壓源模塊的數(shù)學(xué)模型的定向方式為電網(wǎng)電壓矢量定向：
[0032] 為簡(jiǎn)化控制算法，將同步速坐標(biāo)系的d軸定向于電網(wǎng)電壓矢量上，這樣，電網(wǎng)電 壓的d，q分量滿足的關(guān)系：
[0033] eq = 0 (7)；
[0034] 逆變器可控電壓源模塊的控制模塊的d軸電流指令?；；可直接通過光伏陣