[发明专利]一种大型光伏电站谐波域数学建模方法

摘要

本发明公开了一种大型光伏电站谐波域数学建模方法，考虑了光伏阵列、MPPT、逆变器及其控制系统、输出滤波器、站内负荷、无功补偿装置及输电线路等因素。把光照、光伏板温度及逆变器开关频率作为外部变量，把光伏发电系统等输出电压等效为由以上外部变量表示的谐波电压源。本发明方法建立的模型可以表征当以上外部变量变化时，谐波特性的变化；也可以表征站内无功补偿装置、输电线路分布电容及线路阻抗对谐波电流的并联谐振情况。也可直接应用于大型光伏电站可行性分析、谐波估算及光伏电站电能质量治理装备设计等研究中。

主权项

1.一种大型光伏电站谐波域数学建模方法，其特征在于，该方法为：1）对单台光伏发电系统建立带有MPPT的光伏阵列数学模型：将光照S、光伏板温度T设为外部变量，光伏阵列输出特性表示如下：IPV=f1{1-(1-ImIsc)·exp(UPVK·f2)·[exp(UPVK·f2)-1]},]]>其中，I_PV、U_PV分别为光伏阵列输出电流和输出电压，I_sc、I_m分别为光伏阵列短路电路和最大功率电流，K为常数，U_oc为开路电压；f₁、f₂为关于当前电池板温度T及光照S的函数：f1(T,S)=Isc·S1000·[1+0.0025(T-25)]]]>f2(T,S)=[1-0.0028(T-25)]·(Um-Uoc)·ln[e+0.5(S1000-1)]·ln(1-ImIsc),]]>则带有MPPT的光伏阵列数学模型如下：dPPVdUPV=d(f1·{1-(1-ImIsc)·exp(UPVK·f2)·[exp(UPVK·f2)-1]})dUPV]]>=f1·{1-(1-ImIsc)·exp(UPVK·f2)·[exp(UPVK·f2)-1]}-f1·(1-ImIsc)·exp(1-UPVK·f2)K·f2·exp(UPVK·f2)·UPV,]]>=0]]>求解得到U_PV=U_M，P_PV=P_M，U_m、P_M分别为对应当前温度及光照的最大功率点电压及最大功率；2）由上述的最大功率点电压U_M及最大功率P_M确定光伏逆变器直流侧电压N_S·U_M及暂态有功功率N_S·N_P·P_M，由所述暂态有功功率计算出光伏逆变器稳态输出电压有功分量和无功分量u_d及u_q；N_S、N_P分别为单个光伏阵列中行和列上的光伏板的数目。3）根据调制度M及载波角频率ω_c计算出光伏逆变器输出电压中的谐波含量，即计算出谐波电压源的谐波电压4）将光伏逆变器输出LC滤波器及双分裂变压器分别等效为与所述谐波电压源串联和并联的谐波阻抗；5）将光伏电站站内负荷及无功补偿装置等效为与谐波电压源并联的谐波阻抗；6）将输电线路等效为输电线路谐波域阻抗，将上级系统等效为系统谐波阻抗和系统谐波电压；7）根据步骤1）～6）对光伏电站进行整体数学建模：U·h=F·(S,T,ωc)]]>I·1,h=U·h·Z·C,hZ·L,h·Z·C,h+(Z·L,h+Z·C,h)·[Z·T,h+(Z·s,h//Z·Cl1,h//Z·L2,h+Z·L1,h)//Z·L1,h//Z·Cl,h//Z·Cl1,h]]]>I·2,h=K(h)·I·1,h]]>K(h)=Z·L1,h//Z·Cl,h//Z·Cl1,h·Z·Cl1,h//Z·L2,h(Z·L1,h//Z·Cl,h//Z·Cl1,h+Z·s,h//Z·Cl1,h//Z·L2,h+Z·L1,h)·(Z·Cl1,h+Z·L2,h+Z·S,h)]]>其中，及为光伏逆变器输出LC滤波器对应h次谐波的等效阻抗，为光伏逆变器输出的h次谐波电流，为光伏电站站内负荷h次谐波阻抗，为光伏电站无功补偿装置h次谐波阻抗，及为输电线路谐波域等效阻抗，为变电站处负荷的h次谐波阻抗，为光伏电站送入系统的h次谐波电流，为系统谐波阻抗，为系统h次背景谐波电压，K(h)为对h次谐波的放大倍数，为由当前的光照S、光伏板温度T及载波角频率ω_c所决定的谐波电压源，为光伏逆变器输出电压表征为光伏板温度T、光照S及载波角频率ω_c的函数。