器交流侧输出电流 ;
v
ac
为滤波电容器端电压 ;
N
为
变压器变比
; L
s
为从变压器到并网节点的等值电
感 ;
R
s
为从变压器到并网节点的等值电阻 ;
i
s
为光
伏电站注入并网点的电流 ;
v
s
为并网点母线电压 ,
其幅值为
V
s
,相位角为θ
s
。
图
1
并网光伏系统装置
Fig. 1
Structure diagram of the grid
2
connected
PV station
图
2
并网光伏电站等值简化电路
Fig. 2
Equivalent circuit of the grid
2
connected
PV station
2
并网光伏电站的建模
并网光伏电站与常规电源不同之处在于 :独特
的光伏阵列输出电压与电流的
I
2
V
特性 、
逆变器的
最大功率跟踪特性和交流电压的定向矢量控制及输
出电能的随机性和波动性 。同时 ,由于光伏电站的
模块化结构体系使得其直流侧电气量与交流侧电气
量的控制关系较为清晰 。因此 ,根据实际光伏电站
的各组成部分的特点和电气量的控制关系 ,引入受
控电流源和受控电压源的概念 ,在满足瞬时功率平
衡的条件下 ,可以有效模拟光伏电站的输出特性 。
由图 2 ,按照功率输出方向 ,将其分解为受控源
形式的等效电路图如图 3 所示 。
由图 3 (a) ,根据 KCL 定律可得电流方程 :
I
PV
- C
PV
d
V
PV
d
t
- ki
ac
co s
(
ω
t +
φ
) =
0
(
1
)
式中 :
k
为逆变器的调制深度
,
φ为逆变器调制相位
角
,
它们是逆变器的控制参数
;
ω为工频角速度 。
光伏阵列输出电流
I
PV
与端电压
V
PV
可由式 (2)
表征 ,参见文献[ 11 ] 。
I
PV
= N
p
N
p1
I
L
- N
p
N
p1
I
0
e
qV PV
n K T N s1 N s
-
1
V
PV
=
N
s1
N
s
n K T
q
ln
N
p1
N
p
I
L
- I
PV
N
p1
N
p
I
0
+
1
P
PV
= max
( I
PV
V
PV
)
I
r
, T
(2)
式中 :
N
p
和
N
p1
分别为光伏阵列和光伏组件的并联
数 ;
I
0
为饱和电流
; n
为比例因子
,
也称为二极管品
质因子
; q
为充电电荷量 ,通常取 1. 60e
- 19
;
K
为玻
尔兹曼常数 ,通常取 1. 38e
- 23
;
T
为开式温度 ,标准
测量温度下为 298 K;
N
s
和
N
s1
分别为光伏阵列及
光伏组件的串联数 ;
P
PV
为具有最大功率跟踪性能
的光伏发电站光伏阵列输出直流功率 ;
I
r
为辐射
率 ,是辐照度与标准辐照度 (1 000 W/ m
2
) 的比值 。
式 (2) 表示了在任意辐照度和组件温度下 ,光伏
阵列输出电流和输出电压的非线性关系 。
图
3
等效电路
Fig. 3
Equivalent circuit
由图 3 ( b) ,根据 KVL 和 KCL 定律可得电压 、
电流方程 :
L
ac
d
i
ac
d
t
+ i
ac
R
ac
+ v
ac
= kV
PV
co s
(
ω
t +
φ
)
(
3
)
C
ac
d
v
ac
d
t
+ N i
s
= i
ac
(
4
)
由图 3 (c) ,根据 KVL 定律可得电压方程 :
L
s
d
i
s
d
t
+ R
s
i
s
+
2
V
s
co s
(
ω
t +
θ
) = N v
ac
(
5
)
非线性时变方程 (式 (1) ～式 (5) ) 描述了并网光
伏电站的动态特性 ,定义状态向量
X
= [
V
PV
,
i
ac
,
v
ac
,
i
s
] ,并整理方程组可得向量函数式 :
X
-
・
=
f
(
X
,
t
)
(6)
向量函数式 (6) 描述了并网光伏电站的运行特
性 。根据并网光伏电站运行参数的特点 ,可以对该
数学模型进行简化处理和求解 。不妨假设并网光伏
发电系统交流量只包含基波分量即均为标准正弦