光伏电站的等效建模研究

摘要

光伏电站因其可以大规模集中高效地利用太阳能，近年来装机容量增速很快，具有良好的发展前景。而大型光伏电站中光伏发电单元数量众多，建立详细模型来研究光伏电站接入电力系统的并网特性会存在仿真规模大、仿真时间长等问题。本文针对上述问题对由同种类型逆变器构成的光伏电站等效建模方法进行研究。
　　对光伏发电单元进行建模是研究光伏电站等效建模的基础，分别研究了光伏阵列、最大功率跟踪和考虑低电压穿越的逆变控制的建模方法。对于最大功率跟踪建模，采用了扰动观察法和定电压跟踪法相结合的控制策略，改善了故障恢复期间逆变器直流侧的电压波动。基于对光伏逆变器低电压穿越实测数据的分析与拟合，提出了一种改进的低电压穿越控制策略，该策略考虑了故障恢复期间有功功率斜坡恢复过程的建模。通过不同运行工况下的仿真对比，证明了所建立仿真模型的准确性，为后续的等效建模研究做好了准备工作。
　　为降低光伏电站中各个发电单元的建模复杂程度，对光伏发电单元的模型简化进行了研究。针对电磁暂态详细仿真模型考虑电力电子开关器件的控制而存在仿真步长小、仿真时间长的问题，提出了两种简化模型。其中平均模型将电力电子换流器件使用平均值模型来替代，而控制电路未进行简化；机电暂态简化模型则使用受控电流源来等效替代电力电子换流器件以实现逆变过程，其控制电路忽略了电流内环的建模。仿真对比表明，提出的两种简化模型均可以很好地反映详细模型在并网点处的输出特性，同时仿真时间明显缩短。
　　为减少光伏电站建模所需建立的光伏发电单元数量，对光伏电站的聚合等值方法进行了研究。对单个光伏发电单元在不同出力工况下的有功功率暂态响应特性进行分析，根据其表现出的暂态特性规律提出了一种光伏电站的分群等值策略。研究表明，在故障及故障恢复期间，有功功率斜坡恢复控制模块投入运行的暂态运行工况需要进行分群等值；而在该模块未投入运行的非故障工况或未考虑该模块建模时，可进行单机等值。同时，研究分析了等值参数与偏差计算的求取方法。算例分析表明，本文提出的聚合等值方法对于光照强度扰动、不同的故障时间和不同的故障位置均具有良好的适应性。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 光伏发电单元建模的研究现状

1.3 光伏电站等值的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 光伏发电单元的建模与仿真

2.1 引言

2.2 光伏发电单元的结构

2.3 光伏阵列的建模与特性分析

2.4 最大功率跟踪建模

2.5 考虑低电压穿越的逆变控制建模

2.6 仿真分析与测试

2.7 本章小结

第3章 光伏发电单元的模型简化

3.1 引言

3.2 模型简化的基本思路与实现方式

3.3 平均模型

3.4 机电暂态简化模型

3.5 仿真对比

3.6 本章小结

第4章 光伏电站的聚合等值方法

4.1 引言

4.2 光伏电站的基本结构

4.3 聚群特性分析与分群等值策略

4.4 等值参数求取与等值偏差计算

4.5 算例分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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