基于電氣外特性的光伏發(fā)電系統(tǒng)模型等效方法

劉興杰 郭 棟 王凱龍

（華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 保定 071003）

1 引言

光伏發(fā)電以其清潔、可再生等優(yōu)勢(shì)，在世界范圍內(nèi)得到了高度重視。在過去的20 年里，光伏發(fā)電以每年20%～25%的幅度遞增[1,2]。隨著越來越多的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)接入電網(wǎng)，其對(duì)電網(wǎng)的影響日益顯現(xiàn)，需對(duì)此進(jìn)行相關(guān)研究，而光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)模型是所有研究分析的基礎(chǔ)。根據(jù)光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)模型的構(gòu)成，國(guó)內(nèi)外研究者在光伏陣列、MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）和逆變器的控制策略等方面展開了大量研究，提出了許多模型和方法[3-14]、其中工程用數(shù)學(xué)模型[3,4]，擾動(dòng)觀測(cè)法[7,8]及基于SPWM的電壓電流雙環(huán)控制策略[12]由于具有響應(yīng)速度快或算法實(shí)用等各自的優(yōu)點(diǎn)而被普遍采用。

然而，采用現(xiàn)有光伏發(fā)電系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真計(jì)算時(shí)，需先根據(jù)輸入的光照強(qiáng)度和溫度進(jìn)行運(yùn)算，解出光伏陣列的輸出電流，并將其轉(zhuǎn)化為電氣信號(hào)輸入到Boost 電路；然后在MPPT 的作用下，通過調(diào)節(jié)電力電子器件的占空比從而使光伏陣列工作在最大功率，并輸送到逆變系統(tǒng)；最后再由逆變器的控制策略，通過將并網(wǎng)點(diǎn)的電壓電流經(jīng)過鎖相、坐標(biāo)變換、PI 積分和坐標(biāo)反變換等計(jì)算環(huán)節(jié)，得出調(diào)制波并在PWM 的作用下形成逆變器的觸發(fā)脈沖，從而完成整個(gè)并網(wǎng)過程的一次計(jì)算。由此可見，隨著接入配電網(wǎng)的光伏電源越來越多，若對(duì)每個(gè)光伏電源及其內(nèi)部連接都采用類似的詳細(xì)模型，將會(huì)使其對(duì)應(yīng)的模型變得十分復(fù)雜，可能帶來諸如模型有效性、數(shù)據(jù)修正、內(nèi)存占用大和仿真時(shí)間長(zhǎng)等問題。因此，需要探尋一種較為實(shí)用的光伏發(fā)電系統(tǒng)等效模型以提高計(jì)算效率，而相關(guān)研究卻較少。

對(duì)于電網(wǎng)來說，更為關(guān)注的是所接入的光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電壓、電流以及有功無功等電氣量。基于此，本文從光伏發(fā)電系統(tǒng)的外特性角度對(duì)其等效模型進(jìn)行了深入研究。首先通過系統(tǒng)地分析光伏電源輸出特性建立光伏電源穩(wěn)態(tài)等效模型；然后通過推導(dǎo)故障電流的求解方程組，在對(duì)系統(tǒng)傳遞函數(shù)降階的基礎(chǔ)上，建立光伏電源暫態(tài)等效模型；最后將二者結(jié)合獲得光伏電源的最終等效模型。借助Matlab/Simulink 仿真平臺(tái)，對(duì)比驗(yàn)證了等效模型和詳細(xì)模型下的電氣輸出特性和計(jì)算效率。

2 光伏發(fā)電系統(tǒng)詳細(xì)模型

并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏陣列、MPPT、逆變器、濾波電路及隔離變壓器組成。

2.1 光伏陣列數(shù)學(xué)模型

光伏陣列由大量光伏組件組成，其輸出電流為

式中，V、Ip為光伏陣列的輸出電壓和電流；N為光伏組件串的串聯(lián)數(shù)；M為光伏組件串的并聯(lián)數(shù)；Il為單位光伏組件所產(chǎn)生的光電流；I0為二極管的反向飽和電流；A為光伏組件的理想因子；Rs、Rsh為單位光伏組件的串聯(lián)和并聯(lián)阻抗；k為玻耳茲曼常數(shù)；q為電荷常數(shù)；Tp為電池表面溫度。

2.2 光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤

光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤的原理是通過檢測(cè)光伏陣列在不同工作點(diǎn)下的輸出功率，經(jīng)過比較尋優(yōu)，找到光伏陣列在確定日照和溫度條件下輸出最大功率時(shí)對(duì)應(yīng)的工作電壓，從而保證其在任何自然條件下不斷獲得最大功率，進(jìn)而提高效率，充分運(yùn)用太陽能。常用的MPPT 方法有擾動(dòng)觀測(cè)法、增量電導(dǎo)法和短路電流和開路電壓法等[7-10]。本文的詳細(xì)模型中采用了擾動(dòng)觀測(cè)法，該方法由于具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、運(yùn)算量小等優(yōu)點(diǎn)，在工程中應(yīng)用廣泛。

2.3 逆變器模型

根據(jù)PWM 工作原理，可以通過改變其調(diào)制波的相位與調(diào)制度來調(diào)節(jié)逆變器交流側(cè)輸出的基波電壓相角和幅值，從而控制輸送的有功和無功功率。比如電壓電流雙環(huán)控制，以電壓、電流輸入信號(hào)和為換流器控制輸入量，經(jīng)過PI 調(diào)節(jié)、限幅和PWM調(diào)制，得到換流器開關(guān)器件的觸發(fā)脈沖。這樣既可以控制換流器的電壓又可以快速跟蹤從最大功率跟蹤環(huán)節(jié)計(jì)算得來的最大功率。鎖相環(huán)節(jié)PLL 跟蹤電網(wǎng)電壓的相位，為電壓頻率控制和觸發(fā)脈沖生成提供基準(zhǔn)相位[15]。雙閉環(huán)控制策略由于保證了對(duì)輸出電流的要求，并且具有控制物理意義明確、易于軟件實(shí)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，故應(yīng)用普遍。

此外，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生不對(duì)稱故障時(shí)，為了降低光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的諧波，改善輸出特性，許多文獻(xiàn)都提出了各種改進(jìn)策略[16-18]，其中，正序分量控制是最常用的策略。因此，本文詳細(xì)模型的逆變器采用帶正序分量控制的雙閉環(huán)控制策略。

3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的外特性分析

光伏發(fā)電系統(tǒng)的電氣外特性是指光伏電源的輸出電壓、電流以及有功無功等電氣量，包括穩(wěn)態(tài)外特性和暫態(tài)外特性。

3.1 穩(wěn)態(tài)外特性

式（1）中的幾個(gè)參數(shù)（包括Iph、I0、Rsh和Rs等）與電池溫度和太陽光強(qiáng)有關(guān)，確定十分困難，且太陽電池生產(chǎn)廠商也不提供這幾個(gè)參數(shù)，因此，式（1）不適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)。工程模型通常要求僅采用廠商提供的技術(shù)參數(shù)（Isc、Voc、Im和Vm）就能在一定的工程精度下描繪出PV 的I-V特性，以便于計(jì)算機(jī)仿真分析。經(jīng)過近似簡(jiǎn)化后，對(duì)應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓和電流可表示為[19]

式中，ΔS=S-Sref，ΔT=T-Tref，Sref和Tref分別為參考輻射強(qiáng)度（1 000W/m2）和參考電池溫度（25℃）；補(bǔ)償系數(shù)a、b、c為常數(shù)，根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合，其典型值推薦為：a=0.002 5(℃)-1；b=0.000 5(W/m2)-1；c=0.002 88(℃)-1。

顯然，由于光伏電源的輸出特性與光照強(qiáng)度和溫度有關(guān)，并依靠MPPT 能保證最大功率，所以最大輸出功率可表示成只與光照和溫度有關(guān)的應(yīng)變量。基于此，對(duì)于給定的光伏陣列，在不同的光照強(qiáng)度和溫度條件下有對(duì)應(yīng)于最大功率點(diǎn)的電壓和電流，根據(jù)式（2）和式（3），可以求出不同自然條件下的最大輸出功率為

圖1 所示為典型的含分布式電源（Distributed Generator，DG）配電網(wǎng)系統(tǒng)，Es為系統(tǒng)等值電動(dòng)勢(shì)，Zs、ZLl、ZL2和ZPV分別為系統(tǒng)等值阻抗、PCC 上游線路L1阻抗、PCC 下游線路L2阻抗和光伏電源濾波電路的阻抗，考察點(diǎn)接有一定負(fù)荷。

圖1 含光伏電源的配電網(wǎng)系統(tǒng)接線圖Fig.1 Single diagram of distribution network with PV power

由能量守恒定律：總功率等于輸出功率、交流電路中的熱效應(yīng)加上器件的損耗，可得到

式中，Ipv為輸出電流幅值；Rpv為光伏電源濾波電路的電阻值；Upcc為并網(wǎng)點(diǎn)電壓幅值；ΔP相對(duì)很小，計(jì)算時(shí)可以近似忽略。根據(jù)式（4）～式（6）可求得系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)等效電壓Upv和輸出電流Ipv為

式中，以Upcc相位為基準(zhǔn)，Ipv與其同相位。

3.2 暫態(tài)外特性

配電網(wǎng)中，故障切除時(shí)間通常小于1s，而光伏發(fā)電系統(tǒng)能量變化具有一定的慣性，因此在故障前后較短時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)捕捉的能量幾乎保持不變。換言之，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出有功功率在故障前后不發(fā)生變化[20]。同時(shí)，配電網(wǎng)單相接地故障時(shí)允許繼續(xù)運(yùn)行。故本節(jié)將只對(duì)三相短路和兩相相間短路故障時(shí)的暫態(tài)外特性進(jìn)行研究分析。此外，根據(jù)光伏逆變器低電壓穿越的要求及相關(guān)規(guī)定[21]，逆變器會(huì)配備低電壓和過電流保護(hù)裝置，但因本文研究對(duì)象為光伏發(fā)電系統(tǒng)的詳細(xì)并網(wǎng)輸出特性，故可忽略這些裝置的影響，以獲得最嚴(yán)重情況下的短路電流，從而進(jìn)行最精確的分析。

3.2.1 三相短路

根據(jù)能量守恒，在短路發(fā)生后，通過逆變器的調(diào)節(jié)控制，輸出電流在經(jīng)過較短時(shí)間后達(dá)到穩(wěn)定，此電流可通過聯(lián)立方程組求得。

相對(duì)于電阻上的熱效應(yīng)與輸出功率，光伏電源其他儲(chǔ)能元件在短路前后儲(chǔ)存能量的大小幾乎沒有變化，所以也可近似忽略不計(jì)。故可認(rèn)為mP'為短路后的輸出功率與濾波電路中電阻消耗的功率之和，Upcc.f和Ipv.f分別為短路后并網(wǎng)點(diǎn)電壓和輸出電流，Upv.f為等效模型的等效電壓。由式（9）～式（12）可得

式中

3.2.2 兩相短路

對(duì)稱分量法是電力系統(tǒng)非對(duì)稱故障分析與計(jì)算的主要方法，該方法利用系統(tǒng)正序、負(fù)序和零序等值網(wǎng)絡(luò)所構(gòu)成的復(fù)合序網(wǎng)，先計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓及各支路電流的序分量，再計(jì)算其三相值。下面以BC相間故障為例，研究故障后的穩(wěn)態(tài)短路電流。根據(jù)文獻(xiàn)[20]提供的方法，在傳統(tǒng)控制策略下，兩相短路后PCC 電壓計(jì)算公式為

如果短路點(diǎn)不是位于光伏電源出口附近，短路前后濾波電阻上的損耗可近似認(rèn)為不變。這樣，就得到了PCC 電壓和光伏電源的輸出電流，根據(jù)電流與電壓的關(guān)系，便可按式（18）求出等效模型中受控電壓源的輸出電壓。

3.3 暫態(tài)過程分析

并網(wǎng)逆變器采用雙閉環(huán)控制策略，其系統(tǒng)中內(nèi)環(huán)的主要作用是跟蹤外環(huán)輸出的電流指令，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。逆變器并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，由于閉環(huán)的作用，在不向系統(tǒng)提供無功支持的情況下，穩(wěn)態(tài)時(shí)iq=0，動(dòng)態(tài)過程中iq的變化也很小，并且內(nèi)環(huán)的響應(yīng)速度一般都遠(yuǎn)高于外環(huán)，所以內(nèi)環(huán)可等效為一個(gè)慣性環(huán)節(jié)。

對(duì)于外環(huán)利用主導(dǎo)極點(diǎn)的概念使系統(tǒng)在允許的誤差情況下也可進(jìn)行降階處理。為此，將系統(tǒng)其中兩個(gè)極點(diǎn)配置為一對(duì)共軛極點(diǎn)并使之成為主導(dǎo)極點(diǎn)，另外一個(gè)極點(diǎn)配置在距離虛軸很遠(yuǎn)的地方。假設(shè)系統(tǒng)希望的閉環(huán)主導(dǎo)極點(diǎn)為，閉環(huán)非主導(dǎo)極點(diǎn)為s3=-nξωn，則期望的閉環(huán)特征方程為

經(jīng)分析，逆變系統(tǒng)的閉環(huán)特征方程為

對(duì)比D(s) 與D'(s) 有

式中，Tis是等效為慣性環(huán)節(jié)的內(nèi)環(huán)的時(shí)間常數(shù)；Tc為逆變器的開關(guān)周期，n一般取5～10，阻尼系數(shù)ξ按二階系統(tǒng)最佳整定值取0.707 以達(dá)到最優(yōu)控制效果，由n、ξ可求得ωn。最后根據(jù)自動(dòng)控制理論原理，光伏發(fā)電系統(tǒng)的暫態(tài)過程便可用一個(gè)二階振蕩電路近似描述：

4 光伏發(fā)電系統(tǒng)等效模型設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，對(duì)于給定的光伏發(fā)電系統(tǒng)，穩(wěn)態(tài)情況下，光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出電流取決于光照強(qiáng)度和電池溫度；短路后，穩(wěn)態(tài)短路電流還取決于短路點(diǎn)以及短路類型；暫態(tài)過程中的短路電流變化曲線取決于系統(tǒng)降階后的阻尼比和自然振蕩頻率，主要由PI 參數(shù)決定。因此，等效模型可以設(shè)計(jì)為如圖2 所示的電路。包括輸入變量、函數(shù)模塊、受控電壓源、濾波阻抗和隔離變壓器幾部分。經(jīng)過對(duì)輸入變量的計(jì)算得出對(duì)受控電壓源的控制信號(hào)，調(diào)節(jié)其輸出電壓的幅值和相角，經(jīng)過濾波阻抗的濾波環(huán)節(jié)，將光伏發(fā)電系統(tǒng)的電流經(jīng)隔離變壓器輸送到電網(wǎng)。隔離變壓器的作用主要是提供安全的電壓并起到保護(hù)和濾波的作用。

圖2 等效模型主電路結(jié)構(gòu)Fig.2 Equivalent model of the primary circuit diagram

等效模型中的函數(shù)模塊以光照強(qiáng)度和溫度作為輸入量，根據(jù)式（4）和式（5）計(jì)算出不同自然條件下光伏發(fā)電系統(tǒng)的出力，同時(shí)根據(jù)式（7）和式（8）得到受控電壓源的輸出電壓和與原詳細(xì)模型相同的穩(wěn)態(tài)輸出電流。當(dāng)電網(wǎng)故障時(shí)，以故障信息為輸入量，并根據(jù)式（14）或式（17）計(jì)算出短路后的穩(wěn)態(tài)短路電流，再與短路前的穩(wěn)態(tài)輸出電流一起，根據(jù)模型降階的原理，通過三要素法便可計(jì)算出暫態(tài)過程中任意時(shí)刻的短路電流。最后，根據(jù)電壓和電流的關(guān)系計(jì)算出對(duì)應(yīng)的等效模型的輸出電壓。圖3為函數(shù)模塊的控制計(jì)算流程。所以，等效模型需要函數(shù)模塊和接受其控制的受控電壓源，還有與原電路相同的濾波電路和隔離變壓器。這樣就能使等效模型模擬出與原來詳細(xì)模型相同的輸出特性，使其對(duì)電網(wǎng)的影響也達(dá)到相同的效果。

圖3 函數(shù)模塊的計(jì)算流程Fig.3 Calculation process of function module

5 仿真分析

在 Matlab/Simulink 平臺(tái)下搭建了光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)的等效仿真模型，如圖4 所示。光伏接入電網(wǎng)的額定電壓為380V（線電壓有效值）；光伏發(fā)電系統(tǒng)額定容量為 5.6kW，并網(wǎng)點(diǎn)電壓為380V；線路L2所帶負(fù)荷為(3.41+j0)kV·A；線路阻抗參數(shù)為：系統(tǒng)等值阻抗與線路 L1阻抗之和為(1+j2)Ω，PCC 下游線路L2阻抗為(0.5+j1)Ω。光伏等效模型的輸入變量為時(shí)間、光照強(qiáng)度、溫度及短路信息，經(jīng)Rpv=0.5Ω，L=10mH 的濾波電路及隔離變壓器（220V/380V）接入電網(wǎng)。其中①為函數(shù)模塊，是整個(gè)模型的核心元件。在仿真開始前，通過設(shè)定相應(yīng)的輸入變量，使其在仿真時(shí)可計(jì)算出對(duì)②的控制量。②為受控電壓源。③為與原詳細(xì)模型中濾波電路相同的阻抗。為驗(yàn)證等效模型的有效性，本文還搭建了基于擾動(dòng)觀察法和雙閉環(huán)控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)詳細(xì)模型。

圖4 光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)的等效仿真模型Fig.4 Equivalent simulation model of photovoltaic system connected to the grid

5.1 不同氣象條件下輸出電流的對(duì)比

光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大出力受氣象條件影響較大，其輸出的電流主要受到光照強(qiáng)度和溫度的影響。為了對(duì)比不同氣象條件下詳細(xì)模型和等效模型的輸出電流，分別針對(duì)相同溫度、不同光照強(qiáng)度和相同光照強(qiáng)度、不同溫度兩種情況進(jìn)行了仿真對(duì)比。結(jié)果見表1和表2。

分析表1和表2 可知，無論當(dāng)溫度相同光照強(qiáng)度變化時(shí)，還是光照強(qiáng)度相同溫度變化時(shí)，等效模型的輸出電流都略高于詳細(xì)模型的輸出電流，但相對(duì)誤差都在5%以內(nèi)。可見，在穩(wěn)態(tài)情況下，無論氣象條件如何變化，用等效模型替代詳細(xì)模型，誤差都滿足工程計(jì)算的精度要求。分析穩(wěn)態(tài)誤差產(chǎn)生的主要原因，一方面是由于等效模型中不包含電力電子器件，從而降低了諧波含量，從而使基波輸出電流稍高；另一方面，在等效計(jì)算過程中，由于采取近似計(jì)算與等效的方法，也會(huì)產(chǎn)生一部分誤差。

表1 溫度25℃時(shí)詳細(xì)模型與等效模型的輸出電流Tab.1 The output current of detailed model and the equivalent model when the temperature is 25℃

表2 光強(qiáng)1 000W/m2 時(shí)詳細(xì)模型與等效模型的輸出電流Tab.2 The output current of detailed model and the equivalent model when the light intensity is 1 000W/m2

5.2 動(dòng)態(tài)過程中短路電流的對(duì)比

為了分析動(dòng)態(tài)過程中等效模型的有效性，仿真了在線路L2末端處1s 時(shí)發(fā)生短路的情況。三相短路電流波形如圖5 所示，BC 兩相短路電流波形如圖6 所示，短路電流幅值見表3。

圖5 三相短路電流暫態(tài)過程Fig.5 The transient process of three-phase short-circuit current

表3 詳細(xì)模型與等效模型的短路電流Tab.3 Short-circuit current of detailed model and the equivalent model

分析表3 可知，在三相短路情況下，等效模型的穩(wěn)態(tài)短路電流較詳細(xì)模型略高；暫態(tài)過程中，詳細(xì)模型的短路最大電流略高于等效模型，但相對(duì)誤差均小于5%。除此之外，發(fā)生兩相短路后，在不對(duì)稱運(yùn)行條件下，A 相短路電流相對(duì)誤差最大，C相次之，B 相最小；同樣，暫態(tài)過程中，電流上升曲線也略有偏差，但相對(duì)誤差仍在5%以內(nèi)。可見，在暫態(tài)情況下，用等效模型替代詳細(xì)模型，誤差滿足工程計(jì)算的精度要求。

分析暫態(tài)情況下產(chǎn)生誤差的主要原因有以下幾方面：①采用了對(duì)傳遞函數(shù)近似降階的方法，而且此過程忽略了直流側(cè)和接入的配電網(wǎng)及其運(yùn)行狀況對(duì)傳遞函數(shù)的影響。傳遞函數(shù)的偏差，導(dǎo)致暫態(tài)過程中兩個(gè)模型中故障電流的時(shí)域特性的差異；②詳細(xì)模型的穩(wěn)態(tài)電流誤差的影響；③忽略掉了逆變器的電力電子器件，其特性誤差也會(huì)產(chǎn)生誤差。總之，等效模型通過近似和等效，忽略了一些影響相對(duì)較小的“中間環(huán)節(jié)”與次要項(xiàng)，從而導(dǎo)致了輸出的相對(duì)誤差，但相對(duì)誤差均在5%以內(nèi)，所以用等效模型替代詳細(xì)模型誤差滿足工程計(jì)算的精度要求。

此外，在電壓和有功、無功功率方面，簡(jiǎn)化模型的輸出與詳細(xì)模型相比也極相近，可以滿足工程計(jì)算的精度要求。在計(jì)算效率方面，采用同一臺(tái)計(jì)算機(jī)，仿真時(shí)長(zhǎng)設(shè)置為2s，使用詳細(xì)模型和等效模型仿真所需的時(shí)間分別為 166.806 2s和44.455 8s（聯(lián)想 Y470，處理器型號(hào)：Intel(R) Core(TM)i3-2350M CPU @ 2.30GHz，內(nèi)存4GB）。經(jīng)對(duì)比可知，使用等效模型的仿真效率將近為使用詳細(xì)模型的4 倍，可大大提高仿真計(jì)算的效率。究其原因，是因詳細(xì)模型為包含電力電子器件的高階系統(tǒng)，仿真過程需要進(jìn)行大量復(fù)雜的計(jì)算；而與之相比，等效模型不包含電力電子器件的一階系統(tǒng)，仿真過程只包含少量的簡(jiǎn)單公式計(jì)算。

6 結(jié)論

通過對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)暫態(tài)外特性進(jìn)行研究分析，提出了一種基于電氣外特性的光伏發(fā)電系統(tǒng)等效模型建模方法。該等效模型只需要以光照強(qiáng)度、溫度和故障信息作為輸入量，通過計(jì)算出其故障前后的穩(wěn)態(tài)電流和設(shè)置二階動(dòng)態(tài)特性相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而可擬合出與詳細(xì)模型相同的輸出特性，所以在仿真過程中無需迭代。仿真分析表明，與詳細(xì)模型相比，采用該模型無論在穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)情況下，其輸出電流誤差都在5%以下，計(jì)算效率則提高了近4倍。雖然與使用詳細(xì)模型仿真相比，需要將故障信息作為輸入量，并計(jì)算出短路前后的穩(wěn)態(tài)電流。但由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，多為輻射網(wǎng)，所以計(jì)算量較小，相對(duì)于需要多次迭代的詳細(xì)模型仍然能夠很大程度減小計(jì)算量，所以此模型具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。

新的光伏逆變器標(biāo)準(zhǔn)[21]要求大型光伏逆變器應(yīng)具有故障穿越的要求，這種情況下發(fā)生三相、兩相或單相短路，其電氣輸出特性會(huì)發(fā)生變化。而針對(duì)基于新標(biāo)準(zhǔn)下的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其模型需作相應(yīng)改進(jìn)，主要需進(jìn)行控制方法的更新，進(jìn)行重新建模和大量仿真計(jì)算，其最終的簡(jiǎn)化模型也必將產(chǎn)生變化，將是本課題組下一步繼續(xù)研究的問題，將在今后的論文中進(jìn)行報(bào)道。

[1]Zobaa A F,Cecati C.A comprehensive review on distributed power generation[C].International Symposium on SPEEDAM,Taormina,Italy,2006:462-469.

[2]Carrasco J M,Franquelo L G,Bialasiewicz J T,et al.Power-electronics systems for the grid integration of renewable energy sources:a survey[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2006,53(4):1002-1016.

[3]蘇建徽,余世杰,趙為,等.硅太陽能電池工程用數(shù)學(xué)模型[J].太陽能學(xué)報(bào),2001,22(4):409-412.Su Jianhui,Yu Shijie,Zhao Wei,et al.Silicon solar cell engineering model[J].Acta Energiae Solaris Sinica,2001,22(4):409-412.

[4]孫自勇,宇航,嚴(yán)干貴,等.基于PSCAD 的光伏陣列和MPPT 控制器的仿真模型[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2009,37(19):61-64.Sun Ziyong,Yu Hang,Yan Gangui,et al.PSCAD simulation models for photovoltaic array and MPPT controller[J].Power System Protection and Control,2009,37(19):61-64.

[5]姚致清,張茜,劉喜梅.基于 PSCAD/EMTDC 的三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)仿真研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(17):76-81.Yao Zhiqing,Zhang Qian,Liu Ximei.Research on simulation of a three-phase grid-connected photovoltaic generation system based on PSCAD/EMTDC[J].Power System Protection and Control,2010,38(17):76-81.

[6]李冬輝,王鶴雄,朱曉丹,等.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)幾個(gè)關(guān)鍵問題的研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2010,38(21):208-214.Li Donghui,Wang Hexiong,Zhu Xiaodan,et al.Research on several critical problems of photovoltaic grid-connected generation system[J].Power System Protection and Control,2010,38(21):208-214.

[7]劉邦銀,段善旭,劉飛,等.基于改進(jìn)擾動(dòng)觀察法的光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2009,24(6):91-94.Liu Bangyin,DuanShanxu,Liu Fei,et al.Photovoltaic array maximum power point tracking based on improved perturbation and observation method[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2009,24(6):91-94.

[8]傅誠(chéng),陳鳴,沈玉梁,等.基于輸出參數(shù)的最大功率點(diǎn)控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2007,22(2):148-152.Fu Cheng,Chen Ming,Sheng Yuliang,et al.A control method of maximum power point based on output parameters[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2007,22(2):148-152.

[9]Kuo YeongChau,Liang TsorngJuu,Chen JiannFuh.Novel maximum power point tracking controller for photovoltaic energy conversion system[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2001,48(3):594-601.

[10]Toshihiko Noguchi,Shigenori Togashi,Ryo Naka*moto.Short-current pulse-based maximum power point tracking method for multiple photovoltaic and converter module system[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2002,49(1):217-223.

[11]劉波,楊旭,孔繁麟,等.三相光伏并網(wǎng)逆變器控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2012,27(8):64-70.Liu Bo,Yang Xu,Kong Fanlin,et al.Control strategy study for three phase photovoltaic grid-connected inverters[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2012,27(8):64-70.

[12]Dou W,Xu Z,Peng Y,et al.Current controller optimum design for three-phase photovoltaic gridconnected inverter[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2010,25(8):85-90.

[13]胡雪峰,譚國(guó)俊.SPWM 逆變器復(fù)合控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2008,23(4):87-92.Hu Xuefeng,Tan Guojun.The multiple control strategy for SPWM inverter[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2008,23(4):87-92.

[14]耿攀,吳衛(wèi)民,葉銀忠,等.基于重復(fù)控制的單相分時(shí)復(fù)合級(jí)聯(lián)光伏逆變器控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2011,26(3):116-122.Geng Pan,Wu Weimin,Ye Yinzhong,et al.Singlephase time-sharing cascaded photovoltaic inverter based on repetitive control[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2011,26(3):116-122.

[15]李廣凱,李庚銀,梁海峰,等.基于電壓源換流器的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)暫態(tài)特性研究[J].太陽能學(xué)報(bào),2007,28(7):715-720.Li Guangkai,Li Gengyin,Liang Haifeng,et al.Research on dynamic characteristics of VSC based photovoltaic grid-connected system[J].Acta Energiae Solaris Sinica,2007,28(7):715-720.

[16]Rodriguez P,Timbus A V,Teodorescu R,et al.Flexible active power control of distributed power generation systems during grid faults[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,2007,54(5):2583-2592.

[17]章瑋,王宏勝,任遠(yuǎn),等.不對(duì)稱電網(wǎng)電壓條件下三相并網(wǎng)型逆變器的控制[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2010,25(12):103-110.Zhang Wei,Wang Hongsheng,Ren Yuan,et a1.Investigation on control of three-phase grid-connected inverters under unbalanced grid voltage conditions[J].Transactions of China Electrotechnical Society,2010,25(12):103-110.

[18]袁旭峰,程時(shí)杰,文勁宇.改進(jìn)瞬時(shí)對(duì)稱分量法及其在正負(fù)序電量檢測(cè)中的應(yīng)用[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2008,28(1):52-58.Yuan Xufeng,Cheng Shijie,Wen Jinyu.An improved method of instantaneous symmetrical components and its detection for positive and negative sequence current[J].Proceedings of the CSEE,2008,28(1):52-58.

[19]Singer S,Bozenshtein B,Surazi S.Characterization of PV array output using a small number of measured parameters[J].Solar Energy,1984,32(5):603-607.

[20]吳爭(zhēng)榮,王鋼,李海鋒,等.含分布式電源配電網(wǎng)的相間短路故障分析[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2013,33(1):130-136.Wu Zhengrong,Wang Gang,Li Haifeng,et al.Analysis on the distribution network with distributed generators under phase-to-phase short-circuit faults[J].Proceedings of the CSEE,2013,33(1):130-136.

[21]國(guó)家能源局.光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器技術(shù)規(guī)范[Z].2013-3-7.