[发明专利]一种光伏发电系统的并行实时仿真方法

说明书

本发明涉及一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，光伏发电系统的电力电子部分一般都通过含有电感和电容的滤波器并网，利用这个拓扑特点、以及电感电流和电容电压在几十微秒的时间内不会突变的原理，以滤波器电感和滤波器电容为界将光伏发电系统分割，设计了受控电压源和受控电流源的接口方式，分别建立电力电子仿真部分和交流电网仿真部分，将电力电子仿真部分在FPGA上进行几微秒步长的实时仿真，将交流电网仿真部分放在CPU上进行几十微秒步长的实时仿真。与现有技术相比，本发明分别建立电力电子仿真部分和交流电网仿真部分，充分利用了系统的拓扑结构和元件的电气特性实现系统分割，可以对两个仿真部分实现不同步长的联合仿真。

技术领域

本发明涉及电力系统仿真技术领域，尤其是涉及一种光伏发电系统的并行实时仿真方法。

背景技术

出于人们对环境保护与可持续发展的关注，太阳能作为一种清洁、取之不尽用之不竭的能源受到了越来越多的重视。光伏发电是太阳能发电的一种主要形式，光伏发电系统一般都包含了光伏电池，电力电子变换电路(DC-DC变换电路，DC-AC逆变电路)，LC滤波器，交流电网等部分。光伏发电系统的工作依赖于控制器对DC-DC变换电路、DC-AC逆变电路等电力电子变换电路的精确控制来实现最大功率追踪、并网发电等正常运行功能；同时随着越来越多的光伏接入电网，光伏发电系统也需要能够确保电网的安全稳定运行，因此光伏发电系统的控制希望往往也被要求实现低电压穿越、孤岛检测等应对电网故障的功能。

为了确保光伏控制器的功能，无论在研发和还是在量产的阶段都需要对控制器做许多的测试。传统的测试方式是将控制器直接通过实物系统上进行测试，但即使是通过一些小功率的微缩实物系统来测试，也存在实验成本高、较危险(尤其是电网故障实验)、难于实现测试自动化等挑战。实时仿真器是在一个实时的硬件平台上利用数学模型来模拟实际系统行为的装置，通过实时仿真器来测试控制器，可以对控制设备进行非常接近真实情况的测试与验证。这个方式具有安全，容易实现测试自动化等优点。

含光伏的电力系统的实时仿真测试的挑战在于电力电子电路由于还有快速开关的器件，一般需要几微秒级的仿真步长才能准确仿真。目前工业界基本是利用FPGA(FieldProgrammable Gate Array，即可编程门阵列)的硬件并行性来实现这样小步长的实时仿真。但是FPGA上编程较复杂，乘法器等资源也有限，如将其于交流电网的实时仿真难度较大。交流电网一般只需几十微秒大步长即可准确仿真，且基于CPU的交流电网大步长实时仿真技术较为成熟。理想的话，最好是可以实时电力电子部分和交流电网部分的分割，然后分别利用FPGA与CPU并行仿真。

用于分割电气系统的经典理论有戴维南定理和诺顿定理，这些理论的应用有限制，它们一般只适用于线性电路。但是光伏发电系统一般不能满足这个限制，比如电力电子部分的电力电子开关，交流电网部分的断路器等都是非线性元件。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，利用逆变器的LC滤波器分割光伏发电系统，将电力电子部分在FPGA上进行几微秒步长的仿真，将交流电网部分在CPU上进行几十微秒步长的仿真，从而实现联合仿真。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光伏发电系统的并行实时仿真方法，包括步骤：

1)根据光伏发电系统的架构，分别建立电力电子仿真部分和交流电网仿真部分；

2)在电力电子仿真部分进行几微秒步长的小步长仿真，在交流电网仿真部分进行几十微秒步长的大步长仿真，以进行两个仿真部分的联合仿真。

所述步骤1)具体包括步骤：

101)利用光伏发电系统中滤波器电感和滤波器电容将光伏发电系统分割为电力电子子系统与交流电网子系统；