量 ,可分别表示为 :

co s (ω

+ α

) , v

co s (ω

+β

) , i

= 2

co s (ω

+θ) , 将其代入

式 (1) ～式 (5) ,整理成相量形式的方程如下 :

- C

∠φ Re

・

(

)

・

( R

+ jω

) + V

・

∠φ

(

)

jω

・

+ N I

・

= I

・

(

)

(

jω

+ R

) I

・

+ V

・

= N V

・

(

)

　　式 (7) 实质上表示了光伏阵列出口处直流电容

器的充放电动态过程。式 (8) ～式 (10) 表示了并网
光伏电站的电网络连接关系。式 (7) ～式 (10) 为在
假定交流量只包含基波分量条件下并网光伏电站的
动态数学模型。令式 (7) 中微分量为 0 ,即为并网光
伏电站的稳态数学模型。

　仿真与验证

为验证本文提出的动态数学模型的有效性 ,本

节将以国内某地区光伏电站实测稳态数据与该数学
模型的稳态输出进行对比分析 ,以验证该模型是否
准确。

3. 1 　光伏阵列标准状况下输出特性的验证

光伏阵列特性的准确描述是并网光伏电站数学

模拟中的首要任务 ,为检验这部分模型的有效性即
式 (2) ,以某地区 100 kW (标况下峰值功率) 并网光
伏电站的光伏组件在标准状况下的平均实测数据即
光伏组件开路电压 43. 9 V 、

短路电流 5. 18 A 为例

对标准状况光伏组件最大输出功率进行对比验证 ,
其仿真结果与实际测试数据的对比见表 1 。

表

　光伏组件标准状况下输出特性实测数据与仿真

数据的对比

Table 1

Comparison bet ween simulation results and

measured values of PV modules on standard situation

项目

最大输出功率

对应的电流

/ A

最大输出功率

对应的电压

/ V

最大输出功率

/ W

仿真结果

4. 654

34. 801

164. 959

实测数据

4. 580

35. 300

161. 400

误差

/ ( %)

1 . 61

1. 42

2 . 20

由表 1 可知 :标准状况下 ,数学模型计算误差较

小。同时 ,仿真中也发现 ,如果光伏组件是标准的晶
体硅材料 ,则仿真结果与实际产品说明书中给出的
测试结果相差很小 ,误差不超过 1 %。如果为非标
准晶体硅材料 ,采用同样的计算参数 ,则误差较大甚
至可达到 6 %。分析影响精确度的主要原因在于
式 (2) 中的参数

n ,

其取值在 1～4

变化范围较大。

因此

仿真中若要达到满意的精确度

需评估和修改

参数

的取值。

3. 2 　光伏阵列在不同辐照度和组件温度下的最大
输出功率仿真

基于对光伏组件标准状况下运行特性的准确模

拟 ,并根据实测的环境数据可模拟光伏阵列在不同
辐照度和组件温度下的稳态直流最大输出功率、

电

压和电流等电气特性 ,仍以某地区并网光伏电站实
际配置为例 ,对该电站电气输出进行仿真。由于篇
幅所限 ,只列出稳态最大输出功率曲线。该电站由
4 组光伏阵列、

616 个光伏组件串并联组成。根据其

串并联方式 ,以当地 10 月份某日实地采集的 23°

垂

直辐照度 (指光伏阵列的倾斜角) 和组件温度的实测
数据如图 4 、

图 5 为例 ,仿真计算该电站的光伏阵列

稳态电气输出特性如图 6 。

图

　某地

月份某日辐照度变化曲线

Fig. 4

Measured irradiance of a day in a certain place

图

月份某日光伏电站组件温度曲线

Fig. 5

Measured module temperature of a day in

a certain place

图

　仿真计算得到的光伏电站直流侧最大功率

输出曲线

Fig. 6

Maximum output power on the DC side of PV

station by simulation

由图可知 :光伏电站的光伏阵列直流侧最大输

出功率随辐照度的波动而出现类似的波动 ,光伏阵
列输出功率最大值出现在 14 :25 ,对应的辐照度为

1 237. 1 W/ m

,功率输出达到 123. 55 kW 。同时 ,

对应辐照度的较大波动 ,光伏电站单位时间内 (即

1 min) 直流侧输出功率最大跌幅可达55. 76 kW ,约
为最大输出功率的 50 %。该分析结果将为光伏电
站动态特性仿真提供扰动设计的依据。

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