并网光伏发电系统数学模型研究与分析

并网光伏发电系统数学模型研究与分析作者： 徐维 ， XU Wei作者单位： 常州工学院电子信息与电气工程学院 ,江苏 ,常州 ,213002刊名： 电力系统保护与控制英文刊名： POWER SYSTEM PROTECTION AND CONTROL年，卷 (期 )： 2010， 38(10)被引用次数： 0次参考文献 (7条)1. Saha S. Sundarsingh V P Novel grid-connected photovoltaic inverter 1996(2)2. Wasynczuk O Modeling and dynamic performance of a line-commutated photovoltaic inverter system1989(3)3. 茆美琴 . 余世杰 . 苏建徽 带有 MPPT功能的光伏阵列 Matlab 通用仿真模型 2005(5)4. Rodriguez C . Amaratunga G A J Dynamic stability of grid-connected photovoltaic systems 20045. 王一波 . 李晶 . 许洪华 考虑电网安全稳定约束的光伏电站最大安装容量计算与分析 [期刊论文] -太阳能学报2008(8)6. De Soto W. Klein S A . Bechman W AImprovement and alidation of a model for photovoltaic arrayperformance 2006(1)7. De Soto W Improvement and validation of a model for photovoltaic array performance 2004相似文献 (7条)1.学位论文 孙韵琳 并网光伏发电系统的计算机辅助设计 2009随着太阳能发电技术的日益成熟，太阳能的发电应用在世界范围内得以迅速推广。因此，太阳能光伏发电系统设计的作用越来越被人们所重视。在现阶段，光伏发电系统的设计主要以系统工程师的设计为主，很少有计算机辅助的成分，因此设计出的方案带有较大的主观性和不确定性。由于光伏发电系统的设计过程中涉及到的数据量很大，所以工程师在设计过程中难免会忽略甚至错误地计算某些数据，从而导致部分资源没能得到合理地利用。如果能将计算机辅助设计融入到光伏发电系统的设计中来，一是可以大量节省光伏系统设计的时间，二是可以确保设计出的方案具有较高的实用性，并且可以使各种资源得到最大的利用。国外目前应用的光伏系统设计相关软件主要有：德国西门子的 PVDesigner，瑞士的 PVSyst，加拿大的 RETScreen，德国的 PVSOL等。而国内在光伏系统设计方面的软件产品几乎为空白，因此开发一款适合在国内使用的光伏系统辅助设计软件具有重要的意义。综上所述，本课题有较大的需求空间，并具有广阔的发展前景，对发展国内光伏发电系统具有深远的意义，同时具备应用和研究价值。笔者建立了光伏发电系统辐射量计算的数学模型，并根据数学模型应用 Visual C＃开发出适用于 Windows平台的光伏系统辅助设计软件。该设计软件除了能进行一般的数据计算之外，更重要的是能自动地求出太阳电池组件、逆变器数目以及它们各自的串并联数目，为光伏发电系统的设计者解决设计中最为困难的问题，省去设计者大量的重复而复杂的分析和计算，为光伏发电系统的应用打开一扇方便之门。而通过实例验证，笔者设计的光伏系统辅助设计软件可为光伏发电系统提供较为合理的配置方案。2.学位论文 李晶 大容量并网光伏发电系统运行特性的研究 2007大型或超大型并网光伏发电系统技术的开发是我国光伏领域未来几年的研发重点。伴随着这类关键设备和技术的开发，为有效指导技术的进步及保障关键设备的稳定可靠运行，大容量并网型光伏发电系统的技术支持系统的研究更显得尤为重要和紧迫。其中，关于大型并网光伏发电系统运行特性研究这一课题是该技术支持系统的研究基础，且关于该课题，国际上的研究才刚刚起步，国内尚是空白，因此该课题的研究是具有重要理论意义和实践指导意义的。针对该课题并结合西藏羊八井 100kwp并网光伏电站的运行状况，本文首先基于受控源理论，建立了能够有效模拟并网光伏发电系统运行特性的数学模型，包括稳态数学模型和动态数学模型。并通过实际运行系统测试数据与仿真数据的误差分析证实了该模型的有效性和准确性。其次，基于该动态模型，以电压定向矢量控制为基础，设计了并网光伏发电系统的闭环解耦控制策略和相应的控制器。并通过控制系统不同响应速度下，羊八井并网光伏电站对环境变化的响应特性分析说明了该控制策略的合理性、控制器设计的有效性。再次，本文详细仿真和分析了羊八井并网光伏电站典型运行状态下对各种扰动的动态响应特性，阐明了并网型光伏发电系统的运行特性及抗扰动能力。最后，基于 2005年和 2006年藏中电网结构，初步探讨和分析了羊八井地区并网光伏电站的极限穿透功率，并以提高光伏电站及其接入系统运行稳定性、安全性为目标，对该地区大规模光伏电站的接入提出了指导性建议。综上所述，本文对并网光伏发电系统的数学模型及其运行特性进行了全面的研究和分析，完成了相应仿真平台的开发。相信本文的研究工作一定能填补国内在该领域内的研究空白，并为大规模并网光伏发电系统的建设和运行提供一定的理论支持和技术指导。3.学位论文 刘飞 三相并网光伏发电系统的运行控制策略 2008鉴于光伏发电在全球电力能源结构中的战略地位，太阳能完全具备成为未来主要供应能源的潜力，因此光伏并网发电技术成为了重要的研究方向。本文以三相光伏并网发电系统的控制策略为研究对象，深入分析其工作原理并建立数学模型，针对光伏阵列的最大功率点跟踪方法、单级式和两级式并网发电系统的控制策略以及并网滤波器的设计原理等问题进行全面系统的研究。首先，本文根据太阳能电池的电气特性以及光伏阵列在不同的光照强度和环境温度下的输出特性，分别对目前几种经典的定步长和变步长的最大功率跟踪 (MPPT)方法进行理论分析，并结合 DC/DC推挽电路的实验台架上进行实验验证；此外分析了光伏系统启动时的由于采样误差而造成对实际功率计算产生严重偏差的影响，在此基础上提出了采用恒压法 (CVT)启动的方法来改善系统的启动特性，通过实验验证了其改善后的启动性能。由于单级式三相光伏并网发电系统中存在光照强度突然减弱而引起的直流母线下降甚至崩溃的问题，在常规的扰动观测法的基础上提出了一种改进方案，通过在单级式三相光伏并网发电系统中验证了该方案的可行性。其次，分析了三相光伏并网逆变器的工作原理和拓扑结构，建立三相光伏并网逆变器的状态空间数学模型。基于三相光伏并网逆变器控制策略的研究现状，以并网滤波器为切入点研究采用不同滤波器的三相光伏并网逆变器的控制方案 , 尤其是重点研究基于 LCL滤波器的三相并网光伏逆变器的控制策略。同时总结 L型、 LC型滤波器的设计原理，并且分析了在并网逆变器控制为电流源并网时采用 LCL型滤波器的优势，针对目前国内外 LCL型滤波器的设计方法，分析几种设计方法的优缺点，提出了在尽量节约总的电感磁心材料的前提下，设计出滤波效果最优的 LCL型滤波器的参数值，同时还保证 LCL型滤波器的谐振频率不能太小，以免成为制约电流控制器设计时的因素，并给出设计实例。然后，通过分析 坐标系下采用 LCL型滤波器的三相并网逆变器的数学模型，可以看出由于采用了 LCL型滤波器，轴和 轴上的控制变量之间具有强耦合作用。如果通过状态反馈解耦控制会使控制系统设计起来非常复杂，于是本文基于 坐标系采用了基于并网电流外环电容电流内环电流的双环控制策略，并提出了一套合理的控制器参数设计方法，针对 PI控制器在静止坐标系下跟踪正弦指令不能完全实现零稳态误差的问题，引入 PR谐振控制器，通过仿真和实验详细地对比分析相同参数下 PI控制器与 PR控制器的性能。为了满足 IEEE Std 929-2000标准以及国内关于光伏系统并网技术要求中对并网电流波形畸变的规定，考虑 LCL谐振峰抑制问题，提出了基于状态反馈极点配置与重复控制相结合的控制策略，利用 LCL型滤波器的电感电流和电容电压的反馈量，将系统的闭环极点配置在所希望的位置，从而获得满意的动态特性，另外利用重复控制改善状态反馈控制的稳态性能，提高波形质量，使系统兼具良好的动态、静态性能，能满足光伏并网控制的性能要求，并在三相光伏并网逆变器的实验台架上分别采用以上提出的两种并网控制方案实现并网运行，同时进行并网电流控制策略的实验验证。最后，深入分析两级式三相并网光伏发电系统的运行特点以及两级变换器之间的配合问题，总结了两种不同的控制策略，并结合理论研究，在DC/DC推挽试验系统和三相光伏并网试验系统的基础上搭建两级式三相并网光伏发电系统仿真模型，并重点进行控制策略的仿真研究。4.学位论文 刘芙蓉 并网型户用光伏系统的孤岛检测技术研究 2008近年来随着能源问题和环境问题的日益严峻，新能源获得了各国政府的大力支持，并网光伏发电系统日益增多。孤岛检测是并网光伏系统必须具备的功能，其实现方法分为两类：被动式孤岛检测方法和主动式孤岛检测方法。被动式孤岛检测方法通过监控公共点电压及参数变化来识别孤岛，实现简单、成本低，但检测盲区较大。主动式孤岛检测方法对系统施加一定扰动，使孤岛状态能通过参数变化反应出来而得到辨识，大大减小了孤岛检测的盲区，但实现相对复杂、容易对电网电能质量产生不良影响。主动移频式孤岛检测方法、主动移相式孤岛检测方法、电压正反馈式孤岛检测方法这三种方法是公认的高效率、低成本的主动式孤岛检测方法。该文围绕这三种方法展开了深入研究，主要内容有：（ 1）提出了一种实用的孤岛检测盲区描述方法，用于对主动移频式孤岛检测方法和主动移相式孤岛检测方法的检测盲区进行描述。一方面，将检测盲区用平面图精确表示，便于不同孤岛检测算法检测能力的比较，另一方面，盲区位置的负载参数具有唯一性，方便了实验验证。（ 2）对主动移频式孤岛检测方法和主动移相式孤岛检测方法的检测盲区进行了分析、比较，得出孤岛检测算法参数与盲区分布间的关系，找到了算法中影响孤岛检测性能的关键因素，并给出了工程应用中优化孤岛检测算法的解析依据。（ 3）结合算法优化，对主动移频 / 相式孤岛检测方法产生的逆变器输出电流畸变进行了讨论，综合电能质量、孤岛检测能力两方面对主动移频式孤岛检测方法与主动移相式孤岛检测方法的优劣进行了比较。（ 4）建立了电压正反馈式孤岛检测方法的数学模型，分析了电压正反馈式孤岛检测方法的适用对象、特点、导致孤岛检测失败的因素，推导并给出了电压正反馈式孤岛检测方法成功的充分条件，以及解析关系。（ 5）分析了多逆变器并网运行对孤岛检测的影响，特别是并网逆变器采用不同孤岛检测方法对孤岛检测能力的影响，以及相应对策。5.学位论文 王一波 随机理论在大容量并网光伏发电系统规划与分析中的应用研究 2009光伏发电具有随机波动性与不可调度性，大容量并网光伏电站对电网安全稳定运行的影响不容忽略，并网光伏发电系统的分析与规划应当充分考虑太阳辐射随机特性、光伏发电系统形式以及对电网安全稳定性影响。本文以科技部 863课题、中科院知识创新工程项目和中科院西部行动计划项目为依托，深入研究了大容量并网光伏发电系统的规划与分析问题，结合时间序列分析、随机模拟技术、随机规划等随机理论与方法，重点研究了短时间尺度太阳辐射特性与模型、并网光伏发电系统数学模型、光伏发电系统优化设计以及大型并网光伏电站极限容量计算等问题，主要完成以下工作：(1) 研究了短时间尺度太阳辐射的时间序列模型，提出短时间尺度太阳辐射时间序列模型的建模、模拟与预测方法，并为西藏羊八井地表水平面太阳辐射建立了 4种时间尺度的 ARMA模型，验证了 ARMA模型能够准确反映存在于短时间尺度太阳辐射数据中的相关性；(2) 提出考虑跟踪闭锁角与步进跟踪方式的自动跟踪式光伏阵列模型，并验证了模型的准确性，仿真研究了跟踪式光伏阵列运行特性以及跟踪闭锁现象和步进跟踪对光伏阵列运行特性的影响；提出并网光伏发电系统整体模型，并验证了模型的准确性，仿真研究了太阳辐射与并网点电压对并网光伏发电系统性能的影响；(3) 提出基于随机期望值模型的并网光伏发电系统随机优化设计方法，实现了蒙特卡罗模拟与遗传算法相结合的混合算法等多种计算方法，结合光伏阵列最佳安装角和光伏发电系统最佳光 / 逆比问题进行了算法应用与验证，仿真研究了不同气候不同纬度地区的固定式光伏阵列最佳安装角，分析了光/ 逆比与逆变器长期运行效率之间的关系；(4) 研究了满足电网正常安全运行约束及其合格率要求的并网光伏电站极限容量机会约束规划方法，提出基于两类约束的分步机会约束规划模型，并实现了多种混合算法，在 IEEE 30系统上进行了算法应用与验证，分析了不同跟踪形式、不同设计方案以及不同现场地表太阳辐射条件对并网光伏电站极限容量的影响，分析了电网稳态频率和电网电压幅值约束以及合格率要求的影响，并分析了光伏电站分散接入电网的极限容量与最佳接入方案问题；(5) 应用本文方法对光伏电站接入藏中电网的极限容量进行了计算和分析，分析了综合考虑多种运行方式后的光伏电站极限容量，并进行了暂态稳定性检验，继而分析了采取改善光伏电站接入条件、光伏电站分散接入电网以及提高系统调频能力等措施对光伏电站极限容量的影响。光伏电站接入实际电网的极限容量计算与分析在国内尚属首次，同时也表明了随机方法在解决实际并网光伏电站规划问题中的有效性。关键词：并网光伏发电系统，优化设计，极限容量，数学模型，太阳辐射，随机模型，时间序列分析，随机理论，数学规划6.期刊论文 刘邦银 . 段善旭 . 康勇 . Liu Bangyin . Duan Shanxu. Kang Yong 单相单级并网光伏发电系统中二次功率扰动的分析与抑制 - 太阳能学报 2008,29(4)建立了光伏阵列的数学模型 , 分析了二次功率扰动对光伏阵列输出能力的影响 , 从提高光伏阵列的利用率角度给出了一种能有效抑制二次功率扰动的功率解耦电容的设计方法.7.学位论文 窦伟 集中型并网光伏逆变器优化控制技术研究 2008作为发电装置，并网光伏发电系统不但要满足电网的入网要求，同时必须有高运行效率，而这些目标都是通过对系统中的可控单元——逆变器进行有效控制实现的。本文以并网光伏逆变器优化控制技术为研究对象，对逆变器输出并网电流波形控制技术、光伏阵列最大功率点跟踪方法、多逆变器并联群控策略等问题进行了系统深入的研究。并网逆变器数学模型是并网光伏发电系统研究中的基本问题。本文建立了并网逆变器三相静止坐标系与同步旋转坐标系下的数学模型，并对理论模型的参数敏感性进行了分析。该部分内容是进行控制系统设计的理论基础。在深入分析影响输出电流波形质量的因素之后，本文提出了一种同步旋转坐标系下重复控制与比例积分 (Proportional Integral ， PI)控制相结合的复合电流控制策略及其改进方案，并对控制器的参数设计方法进行了详细的讨论。仿真与实验结果表明：与 PI电流控制策略相比，在同样的实验条件下复合电流控制策略能够使逆变器输出电流总谐波畸变率 (Total Harmonic Distortion ， THD)降低 1.5％以上。最大功率点跟踪 (Maximum Power Point Tracking， MPPT)是提高系统电源 (光伏阵列 )发电效率的重要手段。本文从理论角度对扰动观测法与增量电导法两种经典的 MPPT算法进行了分析与比较，并推导出避免算法出现误判断的量化约束条件。理论分析表明，增加扰动步长可以有效提高算法的抗扰性能。针对实际运行过程中直流母线电压崩溃的现象，本文给出一种具有直流电压反馈控制的 MPPT控制器设计方法。现场实验结果表明，采用该方法设计的 MPPT控制器可以快速跟踪光伏阵列最大功率点，在复杂变化的天气条件下实现系统稳定运行。本文还提出一种适用于共直流母线逆变器并联拓扑结构的群控策略以提高低运行功率条件下系统的电能变换效率。针对群控策略，本文提出一种基于电网电压采样的多逆变器随机主从关系设定方法，并对该方法的正确性进行了理论证明。由两台逆变器构成的实验平台对群控策略的可行性进行了验证。最后，基于理论分析和研究，本文研制了两台并网逆变器实验样机，其中 10kW单级式三相并网逆变器用于控制策略及算法的实验室验证；而具有自主知识产权的国内首台 150kW并网逆变器样机则安装在西藏羊八井进行现场实验研究。除群控策略外，本文所提出的各种控制策略和方法在 150kW样机上均得到实施和验证。关键词：优化控制；光伏；并网逆变器；最大功率点跟踪；群控本文链接： http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jdq201010004.aspx授权使用：中南大学 (zndx)，授权号： 5ff8c1f9-5005-43dd-97f0-9e300167b6b7下载时间： 2010年 11月 16日