[发明专利]一种大规模光伏电站并网的动态等值方法

说明书

技术领域

本发明属于电力系统控制技术领域，更准确地说本发明涉及一种大规模光伏电站集中接入电网的等值方法。

背景技术

光伏发电系统因其具备安全可靠、零排放、无噪声、规模大、小组件灵活以及基本不受地理条件制约等优点而成为了重要的能源发展形式。随着越来越多的大型光伏电站开始接入电网，必须对大型光伏电站接入电网所带来的影响开展深入研究。光伏电站中光伏并网发电单元数目众多，如果对每个单元分别进行详细建模，则方程的个数将会显著增加，仿真时间就会过长；而对光伏电站进行动态等值可显著减少模型的阶数和仿真时间，同时能够正确反映光伏电站对系统的影响。

文献一《一种并网光伏发电系统的等效模拟方法》（专利申请公布号：CN102412596A）提出了一种PV的配电网综合负荷建模方法，将正常运行的光伏阵列等效为一个恒流源，并网发电系统的数学模型用三阶动态微分方程表征，该方法能准确模拟光伏发电系统在并网运行条件下的稳态和暂态特性。文献二《大规模光伏电站动态等值阻抗的建模方法》（专利申请公布号：CN101882896B）将光伏阵列、斩波电路和逆变器等组件有机结合在一起，同时各组件模型进行了合理的近似，建立了各模块的简化等值电路，可以直接应用到大规模光伏并网发电的电力系统运行分析及规划等研究中。

但是，文献一和文献二都没有考虑非均匀光照强度问题。而光伏阵列在实际工作中可能会出现这样的情况：光伏阵列可能由于外部扰动影响，如周围建筑物、树木、天上的云层、飞过的鸟甚至光伏阵列表面的灰尘（或其中部分损坏）等因素而被遮挡，但阵列的其余部分仍处于阳光曝晒之下，此时光伏阵列就处在非均匀光照条件下。图1（参考文献三《MATLAB-Based Modeling to Study the Effects of Partial Shading on PV Array Characteristics》（IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION2008年3月号第23卷第1期第302-310页））给出了一个处在非均匀光照条件下的光伏阵列。该图中环境温度为25℃，S为光照强度，单位为kW/m²。

在实际应用中，常利用旁路二极管来避免非均匀光照条件下的局部过热现象，这就导致了光伏组件P-U、I-U特性的变化。参考文献四《Effect of Shading on Series and Parallel Connected Solar PV Modules》（Modern Applied Science2009年10月号第3卷第10期第32-41页），在非均匀光照条件下，当流过单串阵列的电流大于单串阵列中被遮挡光伏组件在阴影下的短路电流时，被遮挡光伏组件的旁路二极管导通，被遮挡光伏组件短路，其上的电压为旁路二极管的导通电压；当流过单串阵列的电流小于单串阵列中被遮挡光伏组件在阴影下的短路电流时，被遮挡光伏组件的旁路二极管截止，被遮挡光伏组件正常工作。

因此，在非均匀光照条件下，光伏阵列的输出特性会发生变化，光伏阵列的输出伏安特性曲线会呈阶梯状，相应的功率电压曲线也会含有多个局部峰值。非均匀光照的程度直接影响整个光伏发电系统的发电量。因此，在大规模光伏电站并网的等值研究中，必须考虑在非均匀光照强度下的等值问题。

在非均匀光照条件下，光伏并网发电单元内各光伏阵列的输入光照强度各不相等、难以统一，光伏电站等值问题将遇到阻碍。针对该问题，本发明提出了一种求等效均匀输入光照强度的方法。可以有效地将非均匀光照强度等效为理想光照情况下的均匀光照强度。

本发明方法涉及的现有技术如下：

1、光伏发电模型

光伏电池是光伏电源的最小单元，其基本结构是能够将光能转换为电能的PN结，图2（参考文献五《Maximum photovoltaic power tracking:an algorithm for rapidly changing atmospheric conditions》（IEE Proceedings Generation，Transmission&Distribution1995年1月号第1卷第142期第59-64页））显示其精确的等效模型，由二极管、光生电流源、串联电阻R_s和并联电阻R_sh组成。