面向光伏發電系統的通用機電暫態信息物理融合建模方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種信息物理融合建模方法，尤其涉及一種光伏發電系統的通用機電 暫態信息物理融合建模方法。
【背景技術】
[0002] 面對能源、環境危機，提高清潔能源消納能力成為智能電網建設發展的重要任務。 同時，隨著信息物理融合系統在電網中的廣泛應用，電力系統信息物理融合建模技術亟待 加強。目前，光伏發電系統作為重要的清潔能源之一，存在運行控制困難大的問題，其原因 主要在于模型通用性及與信息系統協調能力弱兩方面。
[0003] 在含光伏發電系統的電網動態分析中需要采用兼具精度和效率的暫態模型，在既 往研究中，光伏發電系統模型通常采用兩類模型:一類是潮流模型，即將其建模成簡單的功 率源，不考慮其動態過程，這類模型常稱為"潮流"模型，僅適用于潮流分析，而不能用于暫 態分析。另一類是基于特定的光伏發電系統建立對應的電路或電磁模型，嚴格體現光伏發 電系統中具體的最大功率點跟蹤(MPPT)控制算法和逆變器電路及其控制邏輯，這類模型雖 然能滿足電網機電暫態分析要求，但是，由于光伏發電系統的內部結構（如單級或雙級式） 和控制方法(如各種不同的MPPT控制策略）因廠家不同而具體各異，導致其通用性差，需要 對不同廠家、型號的光伏發電系統分別建模，工作量極大、效率低，也不切合實際。根據目前 的智能電網的發展，亟需設置通用的模型結構，以提高仿真分析的自動化水平和擴大計算 規模。需要分析已有各類光伏發電系統的共性特征，并針對電力系統機電暫態仿真的需求， 形成一種通用性的建模方法。
[0004] 為解決上述問題，在申請號為201210328721.6的中國發明專利申請中，提出了一 種通用的并網式光伏發電系統的機電暫態模型，它包括光伏電池 PV單元、最大功率跟蹤 MPPT單元、DC變換單元、直流鏈接單元、含電流內環控制的逆變器單元、逆變器外環控制單 元和保護單元;光伏電池 PV單元輸入端輸入光照強度S、光伏電池溫度參數T，其輸出端向DC 變換單元輸出功率PVl、向最大功率跟蹤MPPT單元輸出最大功率點電壓VPVM; DC變換單元向 光伏電池 PV單元輸出端電壓VPVl;最大功率跟蹤MPPT單元輸出功率點電壓VPVMl;直流鏈接 單元輸入來自DC變換單元的直流側功率PPV3。該模型可為現實中結構多樣、形式各異的并 網光伏發電系統提供通用型的適用于機電暫態分析的數學模型，有利于在微網系統整體中 分析、設計和控制各類并網光伏發電系統。
[0005] 但是該模型僅僅根據物理數據進行建模，并沒有考慮在系統運行過程中，產生的 內部信息量和外部信息量對模型的影響，嚴重影響了通用模型的精確度。

【發明內容】

[0006] 針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題在于提供一種光伏發電系統的 通用機電暫態信息物理融合建模方法。
[0007] 為實現上述發明目的，本發明采用下述的技術方案：
[0008] 一種光伏發電系統的通用機電暫態信息物理融合建模方法，包括如下步驟：
[0009] Sl，按照功能將光伏發電系統劃分為光伏電池模塊、最大功率點跟蹤控制模塊、 DC/DC變換器模塊、直流鏈接模塊、逆變器外環模塊和逆變器內環模塊；
[0010] S2,根據各個模塊輸入端輸入數據的類型，為輸入物理量的模塊構建物理模型;為 輸入信息量的模塊構建信息模型；
[0011] S3,根據光伏發電系統中各模塊間的功能邏輯關系，將物理模型和信息模型融合， 建立光伏發電系統的機電暫態信息物理融合模型。
[0012] 其中較優地，在步驟S2中，所述輸入物理量的模塊包括所述光伏電池模塊、所述最 大功率點跟蹤控制(MPPT)模塊和所述DC/DC變換器模塊。
[0013] 其中較優地，為所述光伏電池模塊建立光伏電池物理模型，輸入輸出關系的表達 式為：
[0014]
[0015]
[0016]
[0017]
[0018]
[0019] ISC為標準環境下電池的短路電流;U。。為標準環境下電池的開路電壓;仏為標準環 境下電池的最大功率電壓;1^為標準環境下電池的最大功率電流;Srrf為標準環境下的光照 強度，單位為kW/m2;T ref為標準環境下的溫度；ΔΙ、Δυ分別為不同環境下電流、電壓的修正 值;α、γ分別為溫度補償系數;β為光強補償系數。
[0020] 其中較優地，為所述最大功率點跟蹤控制模塊建立最大功率跟蹤控制器物理模 型，輸入輸出關系的表達式為：
[0021] Vpvml = kVpvm
[0022] 其中，UpvmlS最大功率跟蹤控制器的輸出電壓;Upvm為最大功率跟蹤控制器的輸入 參考電壓;k為最大功率跟蹤控制器恒壓控制調節系數。
[0023]其中較優地，為所述DC/DC變換器模塊建立DC/DC變換器物理模型，輸入輸出關系 的表達式為：
[0024]
[0025]
[0026] 其中，Vpv為DC/DC變換器輸出電壓;Pm為DC/DC變換器輸出功率;Ppv為DC/DC變換 器輸入功率;η為DC/DC變換器的變換效率。
[0027] 其中較優地，在步驟S2中，所述輸入信息量量的模塊包括所述直流鏈接模塊、所述 逆變器外環模塊和所述逆變器內環模塊。
[0028] 其中較優地，根據光伏發電系統實時運行過程中產生的直流鏈接的輸入功率、輸 出電壓以及電容值，為所述光直流鏈接模塊建立直流鏈接模型，輸入輸出關系的表達式為：
[0029]
[0030] 其中，Pe3為直流鏈接的輸入功率;Vd為直流鏈接的輸出電壓值;C為直流鏈接電容的 電容值;EC為電容上存儲的能量。
[0031 ]其中較優地，為所述逆變器內環模塊建立DC/AC逆變器內環控制信息模型，輸入輸 出關系的表達式為：
[0032]
[0033]
[0034] S
[0035] 其中，Pe為DC/AC內環控制的輸出有功功率;Qe為DC/AC內環控制的輸出無功功率； 6〇1為(1軸電壓山、：[( 1分別為(1軸、9軸上輸出電流如^(^上1七心=1，2)為參數;8為拉普拉 斯變換中的復函數;iDd, ref、iDq, ref分別為DC/AC內環控制的輸入電流在d軸、q軸上的分量。 [0036]其中較優地，為所述逆變器外環模塊建立DC/AC逆變器外環控制信息模型，輸入輸 出關系的表達式為：
[0037]
[0038] 其中，Kd、Kq為參數;VD,ref為外環控制輸出量的參考值。
[0039] 其中較優地，在步驟S4中，所述光伏發電系統中各個模塊間的功能邏輯關系為：
[0040] 太陽光照和溫度通過所述光伏電池模塊產生直流電能，所述直流電能經過所述 DC/DC變換器模塊以及所述最大功率點跟蹤控制模塊進行最大功率跟蹤控制及升壓，經升 壓和功率變換后的電能通過所述直流鏈接模塊與所述逆變器外環控制模塊及所述逆變器 內環控制模塊進行信息量交互;其中，所述逆變器外環控制模塊進行PQ解耦控制，并向所述 逆變器內環控制輸出參考電流，所述逆變器內環控制模塊對光伏發電系統各個模塊的輸入 輸出進行調節，使來自電網的電流、電壓的實際值盡量接近預設的參考值。
[0041] 本發明所提供的光伏發電系統的通用機電暫態信息物理融合建模方法，根據各個 模塊輸入端輸入數據的類型，為輸入物理量的模塊構建物理模型；為輸入信息量的模塊構 建信息模型;信息模型可以實時獲取伏光發電系統產生的數據，并對其進行調節，使其接近 預設的參考值，調節模型的輸出，對光伏發電系統通用性以及穩定性起到了很大的作用。最 后，根據物理量、信息量在光伏發電系統中的功能邏輯關系，建立光伏發電系統的機電暫態 信息物理融合模型，不僅滿足不同廠家對模型通用性的要求，而且滿足了通用模型的精確 度。
【附圖說明】
[0042]圖1為本發明所提供的光伏發電系統的通用機電暫態信息物理融合建模方法的流 程圖；
[0043]圖2為本發明所提供的一個實施例中，光伏發電系統的信息物理融合模型的結構 示意圖。
【具體實施方式】
[0044]下面結合附圖和具體實施例對本發明的技術內容進行詳細具體的說明。
[0045]如圖1所示，本發明所提供的光伏發電系統的通用機電暫態信息物理融合建模方 法，通過提取各類光伏發電系統的共同特征，建立滿足電力系統機電暫態