光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和環(huán)境污染的不斷加劇，可再生能源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為 大勢(shì)所趨。依據(jù)國家的能源戰(zhàn)略方針，發(fā)展太陽能光伏發(fā)電技術(shù)有效地解決能源短缺及降 低碳排放的問題。隨著光伏發(fā)電滲透率的不斷增加，光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)傳統(tǒng)電網(wǎng)的重要性不 斷增強(qiáng)，影響電力系統(tǒng)全局安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)調(diào)度以及調(diào)峰調(diào)頻等多個(gè)方面。計(jì)算機(jī)仿真方法 是研究光伏發(fā)電系統(tǒng)特性的有力途徑，對(duì)于大規(guī)模光伏接入對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的影響研究具 有重要意義。
[0003] 基于實(shí)時(shí)仿真的硬件在環(huán)仿真技術(shù)(Hardware-in-the-Loop，HiL)是目前計(jì)算機(jī) 仿真方法研究電力系統(tǒng)特性、新能源發(fā)電并網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，目前正在得到越來越多的關(guān)注。 采用該方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真，兼具準(zhǔn)確性與靈活性，與此同時(shí)仿真實(shí)驗(yàn)的成本大大降低。此 外，通過豐富的計(jì)算機(jī)與硬件接口，可以很方便地在后續(xù)進(jìn)行仿真系統(tǒng)或硬件的擴(kuò)展。
[0004] 然而，在光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真方面的研究還相對(duì)較少，現(xiàn)有的研究主要集中在 光伏逆變器的實(shí)時(shí)仿真與實(shí)時(shí)控制。在光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方面，目前方法主要基于 RT-LAB平臺(tái)、RTDS平臺(tái)，尚未在dSPACE平臺(tái)上完成整體光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的搭建與運(yùn)行，并研究 環(huán)境變量對(duì)并網(wǎng)特性的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的一項(xiàng)或多 項(xiàng)缺失。
[0006] 本發(fā)明提供了一種光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方法，包括:獲取光伏發(fā)電系統(tǒng)的當(dāng) 前系統(tǒng)變量，將所述當(dāng)前系統(tǒng)變量輸入一DSP(Digital Signal Processing，數(shù)字信號(hào)處 理)控制器模型，生成一PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)脈沖信號(hào);根據(jù)所述 PWM脈沖信號(hào)及所述當(dāng)前系統(tǒng)變量，基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真器仿真模擬包括光伏電池陣列、逆 變器及三相交流電網(wǎng)的所述光伏發(fā)電系統(tǒng)，得到當(dāng)前仿真結(jié)果;利用所述當(dāng)前仿真結(jié)果中 實(shí)時(shí)系統(tǒng)變量更新所述當(dāng)前系統(tǒng)變量，以實(shí)時(shí)仿真模擬所述光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0007] -個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)所述PWM脈沖信號(hào)及所述當(dāng)前系統(tǒng)變量，基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真 器仿真模擬包括光伏電池陣列、逆變器及三相交流電網(wǎng)的所述光伏發(fā)電系統(tǒng)，包括:將所述 當(dāng)前系統(tǒng)變量輸入至所述dSPACE實(shí)時(shí)仿真器的光伏電池陣列模型中，輸出一直流側(cè)電壓信 號(hào);將所述直流側(cè)電壓信號(hào)和所述PWM脈沖信號(hào)輸入至所述dSPACE實(shí)時(shí)仿真器的逆變器模 型中，輸出一逆變器三相交流信號(hào)；將所述逆變器三相交流信號(hào)中的電流信號(hào)輸入至所述 dSPACE實(shí)時(shí)仿真器的三相交流電網(wǎng)模型中，輸出電網(wǎng)三相交流電壓。
[0008] -個(gè)實(shí)施例中，所述光伏發(fā)電系統(tǒng)還包括升壓變壓器，所述方法還包括:將所述逆 變器三相交流信號(hào)中的電壓信號(hào)輸入至所述dSPACE實(shí)時(shí)仿真器的升壓變壓器模型中，輸出 一升壓后的所述電壓信號(hào)，用于輸入至所述三相交流電網(wǎng)模型。
[0009] -個(gè)實(shí)施例中，所述光伏電池陣列模型為一簡(jiǎn)化工程模型。
[0010] -個(gè)實(shí)施例中，所述逆變器模型為一理想開關(guān)模型。
[0011] -個(gè)實(shí)施例中，將所述當(dāng)前系統(tǒng)變量輸入一DSP控制器模型，生成一PWM脈沖信號(hào)， 包括:根據(jù)一設(shè)定并網(wǎng)點(diǎn)參考電流q軸分量和當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)電流q軸分量，通過PI調(diào)節(jié)器計(jì)算 得到內(nèi)環(huán)無功電壓;根據(jù)所述內(nèi)環(huán)無功電壓、當(dāng)前前饋補(bǔ)償值d軸分量及當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)電壓q 軸分量，計(jì)算得到dq坐標(biāo)系下逆變器三相交流電壓參考值的q軸分量;根據(jù)一設(shè)定直流側(cè)參 考電壓和當(dāng)前直流側(cè)電壓，通過PI調(diào)節(jié)器計(jì)算得到內(nèi)環(huán)有功電流參考值;根據(jù)所述內(nèi)環(huán)有 功電流參考值和當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)電流d軸分量，通過PI調(diào)節(jié)器，計(jì)算得到內(nèi)環(huán)有功電壓參考值； 根據(jù)所述內(nèi)環(huán)有功電壓參考值、當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)電壓d軸分量及當(dāng)前前饋補(bǔ)償值q軸分量，計(jì)算 得到dq坐標(biāo)系下逆變器三相交流電壓參考值的d軸分量;將所述dq坐標(biāo)系下逆變器三相交 流電壓參考值的q軸分量和所述dq坐標(biāo)系下逆變器三相交流電壓參考值的d軸分量轉(zhuǎn)換到 三相交流坐標(biāo)系，以生成所述PWM脈沖信號(hào)。
[0012] 一個(gè)實(shí)施例中，所述當(dāng)前系統(tǒng)變量包括當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)三相交流電流和當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)三 相交流電壓;所述方法還包括:采集所述當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)三相交流電流和所述當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)三相 交流電壓;將所述當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)三相交流電流轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系，得到所述當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)電流q軸 分量和所述當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)電流d軸分量;將所述當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)三相交流電壓轉(zhuǎn)換到dq坐標(biāo)系，得 到所述當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)電壓d軸分量和所述當(dāng)前并網(wǎng)點(diǎn)電壓q軸分量。
[0013] -個(gè)實(shí)施例中，獲取光伏發(fā)電系統(tǒng)的當(dāng)前系統(tǒng)變量，將所述當(dāng)前系統(tǒng)變量輸入一 DSP控制器模型，生成一 PWM脈沖信號(hào)之前，還包括:初始化所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的當(dāng)前系統(tǒng)變 量。
[0014] -個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：向所述光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏電池陣列輸入一光 照強(qiáng)度和一環(huán)境溫度。
[0015] -個(gè)實(shí)施例中，在標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下，所述簡(jiǎn)化工程模型為：
[0016]
[0017]
[00? 8] 其中，Uocref、Umref、Iscref及Imref分別為光伏電池陣列的開路電壓、最大功率時(shí)的電 壓、短路電流及最大功率時(shí)的電流，&和&為常數(shù)，U和I分別為電壓變量和電流變量。
[0019] 一冬走倫你丨由·亦非說姓I照強(qiáng)度和非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下，所述簡(jiǎn)化工程模型為：
[0020]
[0021] T = Tair+kS,
[0022] Isc=Iscref[l+a(T-Tref)] * S/Sref ,
[0023] U〇c = U〇cref[l-c(T-Tref)] * In [ θ+b ( S/Srefl )],
[0024] Im=Imref[l+a(T-Tref)] * S/Sref,
[0025] Um = Umref[l-c(T-Tref)] * In [ θ+b ( S/Srefl )],
[0026] 其中，1]。。、1^、1%丄分別為在非標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度和非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下光伏電池陣列 的開路電壓、最大功率時(shí)的電壓、短路電流及最大功率時(shí)的電流;Uc^ef、U mref、ISCTef及Imrrf分 別為在標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下光伏電池陣列的開路電壓、最大功率時(shí)的電壓、短 路電流及最大功率時(shí)的電流;Tair為非標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度，k為溫度系數(shù)，S為非標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，T 為光伏電池陣列溫度，a、b及c為補(bǔ)償系數(shù)，Sref為標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度，e為自然對(duì)數(shù)底數(shù)。
[0027] 一個(gè)實(shí)施例中，所述理想開關(guān)模型為：
[0028]
[0029]
[0030]
[00311 其中，ia、ib及ic為三相電流，uan、ubr^u cn以電網(wǎng)中性點(diǎn)η為參考點(diǎn)的三相電壓，id。 為直流側(cè)電流，iS1、iS3及iss為通過三相正半橋開關(guān)的電流，iS4、i S6及iS2為通過三相負(fù)半橋 開關(guān)的電流，uaci、Ub。及 Uc。為逆變器輸出端與直流電源中點(diǎn)0之間的電壓，un。為電網(wǎng)中性點(diǎn)η 與直流電源中點(diǎn)0之間的電壓，下標(biāo)a、b及c分別表示a相、b相及c相;ud。為直流側(cè)電壓為 逆變器的三相正半橋開關(guān)*t、$及尤和三相負(fù)半橋開關(guān)X、&及兄:的開關(guān)函數(shù)，l=a，b 或c，m = +或-0
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例的光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方法，基于dSPACE實(shí)時(shí)仿真器，采用半 實(shí)物仿真建模的方式，能夠提高光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)實(shí)時(shí)仿真的靈活性，降低實(shí)驗(yàn)成本。現(xiàn)有 技術(shù)在進(jìn)行真實(shí)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅成本高，而且受制于日射強(qiáng)度、環(huán)境溫度等自然條件的 限制，缺乏靈活性。本發(fā)明與此相反，光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的半實(shí)物實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)采用硬件在 環(huán)(Hardware-in-the loop，HIL)半實(shí)物仿真形式，能夠模擬真實(shí)環(huán)境中的影響因素，在降 低成本、增加靈活性同時(shí)，能夠保證仿真結(jié)果的真實(shí)可靠性。
【附圖說明】
[0033] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：
[0034] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方法的流程示意圖；
[0036]圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方法的流程示意圖；
[0037] 圖4是本發(fā)明一實(shí)施例的光伏發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方法的流程示意圖；