基于pscad/emtdc的分布式光伏發電系統仿真等效模型的制作方法
【技術領域】
[00011本發明屬于分布式光伏發電技術領域，尤其涉及一種基于PSCAD/EMTDC的分布式 光伏發電系統仿真等效模型，適用于PSCAD/EMTDC中分布式發電系統仿真模型的簡化，以及 在PSCAD/EMTDC中進行大型分布式發電站等值仿真，提高仿真的速度和效率。
【背景技術】
[0002] 目前，在PSCAD/EMTDC中搭建分布式光伏發電系統仿真模型時，電路主要由光伏模 擬、變流器和電網主電路部分以及控制電路部分組成。本仿真的主要技術難點集中在變流 器的控制，通過各種數學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 制方式決定為PWM調制方式或者SVPWM調制方式。不管采用哪種方式，都會使模型中存在較 高頻率的脈沖信號計算，為了使仿真波形不失真，PSCAD/EMTDC中光伏變流器模型的采樣步 長一般都在幾個到十幾微秒左右。仿真過程中在每個開關步長，程序就要產生一次數據迭 代，導致每個仿真工程計算數據量龐大，仿真節點數量受到限制。利用PSCAD/EMTDC進行大 規模光伏電站發電仿真極為困難，仿真無法進行。
[0003] PSCAD表不：電力系統計算機輔助設計（Power Systems Computer Aided Design) dEMTDC表示：包含直流系統的電磁暫態（Electromagnetic Transients including DC) 〇
[0004] 圖1為已有三相光伏并網發電系統模型主電路結構圖。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調制模塊、濾波器模塊、三相升壓變壓器模塊、網側濾波電感、無窮大電網。
[0005] 模型中單個太陽能電池或組件的輸出功率較小，仿真中將單個太陽能電池或組件 通過串并聯形成陣列以滿足大容量光伏發電系統的發電需求。在單個光伏電池模型的基礎 上，簡化等值建立光伏陣列整體模型。模型需要輸入的參數為光照強度S，光伏電池溫度Τ。 光伏陣列產生的直流開路電壓直接給直流電容充電，光伏電池發出直流電后只經過一級 DC/AC的逆變，轉換成電網同頻同相同幅值的交流電并網，其中并網逆變器在完成并網逆變 的。本發明采用電導增量法實現ΜΡΡΤ控制算法，光伏陣列輸，通過ΜΡΡΤ控制算法的計算直接 給出最大功率點的電壓值，直接將最大功率點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 交流側的目標電壓。目標電壓經過逆變器SVPWM調制模塊得到逆變器模塊的控制脈沖信號。 觸發脈沖信號直接送給逆變器。變流器模塊的開斷調制出相應的目標電壓，從而實現控制 目標。
【發明內容】
[0006] 針對上述現有技術中存在的不足之處，本發明提供一種基于PSCAD/EMTDC的分布 式光伏發電系統仿真等效模型簡化結構，在PSCAD/EMTDC環境下對分布式光伏發電系統仿 真模型的簡化結構。目的是為了解決光伏發電系統中光伏逆變器仿真開關仿真非線性計算 量龐大問題。
[0007] 本發明是通過以下技術方案實現的：
[0008] 基于PSCAD/EMTDC的分布式光伏發電系統仿真等效模型：
[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、兩相旋轉坐標系到 三相靜止坐標系轉換模塊、逆變器側濾波電感及等效電網模型；
[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 過逆變器側濾波電感與等效電網模型相連接。
[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為光伏陣列的輸出電壓 信號Vd。和電流信號，輸出為光伏陣列端口的目標電壓，將這個目標電壓作為光伏陣列可控 電壓源模塊的控制信號，來實現光伏陣列追蹤最大功率控制目標;逆變器側可控電壓源模 塊的控制模塊的輸入信號為d軸電流指令信號ζ和q軸電流指令信號<，輸出信號為兩相坐 標軸下目標電壓，經過坐標系3/2變換后，輸出為并網點目標電壓，將這個目標電壓作為逆 變器側可控電壓源模塊的控制信號，實現逆變器側并網的控制目標。
[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 逆變器模塊直流側電壓和交流側端口處產生的調制電壓;經過光伏陣列可控電壓源模塊的 控制模塊和逆變器側可控電壓源模塊的控制模塊，得到原逆變器模塊直流側和電網側端口 的目標電壓作為光伏陣列可控電壓源模塊和逆變器側可控電壓源模塊的控制信號。
[0013] 所述的光伏陣列模塊的數學模型:一個理想的光伏電池，在光照恒定時，光生電流 不隨光伏電池的工作狀態而變化，因此在等效電路中可以看作是一個恒流源；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為給定光強下的短路電流；
[0016]
( 2 )·
[0017] 式中Isc為標準測試條件Tref = 25°C，光照強度Gref = 1000W/V下的短路電流;參數 ατ為在參考日照下的電流變化溫度系數：
[0018] (3)；
[0019]式中：Irs為額定溫度下的太陽能電池二極管反向飽和電流。其余參數，q為電子電 荷常數，通常為1.60eT19;k為波茲曼常數，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光伏組件串并聯組成，從而提高了系統的電壓和電流，以 此增加系統傳輸的功率；由Nc個組件串聯，N b個組件并聯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]光伏發電最大功率追蹤控制(MPPT)。
[0025]所述的光伏發電最大功率追蹤控制(MPPT)的控制方法是電導增量法，具體如下：
[0026] 采樣I(t)和V(t)分別為光伏陣列模塊t時刻采樣點，通過電導增量法求得到光伏 陣列模塊輸出電壓參考值Vref ;
[0027] 在光照強度發生變化時，光伏陣列輸出電壓能以平穩的方式跟蹤其變化，而目在 最大功率點的振蕩幅度和功率損失也較少；電導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時刻米樣點的輸出電流和電壓，i(t-i)和v(t-i)分別為光伏陣列模塊 t-Ι時刻采樣點的輸出電壓和電流；Λν、△ I是t時刻和t-ι時刻的電流電壓差值;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處，跟蹤結束;若不同時為〇，則 先通過調整電壓，使Δ V為0,進一步調整Δ I，使Δ I為〇;通過直流電壓閉環控制，使光伏電 池的輸出電壓始終向最大功率點靠近;在判斷過程中，給定一個允許的最小值，當A V在最 小范圍之內就可以停止擾動;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學模型是：
[0029] (.6)；
[0030] 式中，eq和ed分別為電網電壓的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分別為開關函數的d，q軸分量;vJPvd分別為原逆變器模塊交流側輸 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 感的動態電流;Rf為原逆變器模塊等效電阻值，ω s為電網頻率;Vd。為原逆變器模塊直流側 電壓。
[0031] 所述的逆變器可控電壓源模塊的數學模型的定向方式為電網電壓矢量定向：
[0032] 為簡化控制算法，將同步速坐標系的d軸定向于電網電壓矢量上，這樣，電網電 壓的d，q分量滿足的關系：
[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