光伏发电系统暂态建模与等值
分布式光伏发电系统建模与分析
分布式光伏发电系统建模与分析随着能源需求的不断增长和对可再生能源的关注度提高，光伏发电系统作为一种清洁、可再生的能源技术正逐渐变得越来越重要。
分布式光伏发电系统是一种将光伏发电机组安装在建筑物或区域内，以满足特定用电负荷的发电系统。
在分布式光伏发电系统中，建模和分析是其中重要的一部分，能够帮助我们更好地了解系统特性、优化系统设计，并提高发电系统效率和可靠性。
建模是分析和优化光伏发电系统的前提。
在进行光伏发电系统建模时，我们需要考虑到多个因素，如光伏组件的特性、方位角和倾角、清洁度、阴影、温度等。
建模的目的是更准确地描述分布式光伏发电系统的运行和性能，并为系统的分析和优化提供依据。
在建模过程中，首先需要对光伏组件进行建模。
光伏组件的建模通常采用电路等效模型，其中包括光伏元件的I-V特性曲线和光照条件对光伏组件输出功率的影响。
根据光伏电池的特性和温度效应等因素，可以建立数学模型来描述光伏组件的输出功率。
其次，需要考虑光照条件和方位角、倾角对光伏组件的影响。
分布式光伏发电系统建模和分析通常使用天文学方法来预测太阳的位置和光照条件。
通过计算方位角、倾角和太阳高度角等参数，可以对光伏组件在不同时间和地点的实际光照条件进行建模。
这些数据可用于评估光伏组件的发电潜力和预测系统的发电量。
另外，建模还需要考虑影响光伏系统性能的其他因素，如系统的清洁度和阴影情况。
清洁度是指光伏组件表面的污染情况，影响光照的透射和反射，进而影响发电效率。
阴影是指附近建筑物、树木或其他遮挡物对光伏组件的遮挡，会导致局部光照不均匀，降低光伏系统的发电效率。
对于这些因素，可以通过建模来分析其影响，并提出相应的优化方法，以提高光伏发电系统的效率。
分布式光伏发电系统建模后，可以进行系统性能分析和优化。
系统性能分析主要包括系统的发电能力、系统的可靠性和系统的经济性等方面。
发电能力分析可以评估分布式光伏发电系统在不同条件下的发电量，进一步预测系统的发电潜力。
大型光伏电站等值建模综述
电力系统及其自动化学报Proceedings of the CSU-EPSA Vol.31No.4 Apr.2019第31卷第4期2019年4月大型光伏电站等值建模综述韩平平1，林子豪1，夏雨1，董玮2，张征凯3（1.安徽新能源利用与节能省级实验室（合肥工业大学），合肥230009；2.中国电力科学研究院南京分院，南京210008；3.国网安徽省电力公司，合肥230061）摘要：现阶段对大型光伏电站详细模型的研究较多，而对等值模型的研究较少。
本文对光伏电站的稳态等值模型和暂态等值模型进行了概述。
对于稳态等值，考虑节点处理方法与整体等值模型，其模型的建立有利于潮流计算和静态稳定性分析。
对于暂态等值，单机等值基于容量加权或参数辨识进行处理，多机等值则考虑不同的分群指标和分群方法，其模型的建立有利于进行系统的大扰动仿真分析。
然后对等值参数的计算和集电网络的等值作简要介绍。
最后提出了需要进一步改进和研究的问题。
关键词：光伏电站；等值模型；稳态等值模型；暂态等值模型；等值参数中图分类号：TM743文献标志码：A文章编号：1003-8930（2019）02-0039-09DOI：10.19635/ki.csu-epsa.000036Review on Equivalent Modeling of Large-scale Photovoltaic Power PlantHAN Pingping1，LIN Zihao1，XIA Yu1，DONG Wei2，ZHANG Zhengkai3（1.Anhui Provincial Laboratory of New Energy Utilization and Energy Conservation,Hefei University of Technology,Hefei230009，China；2.Nanjing Branch of China ElectricPower Research Institute，Nanjing 210008，China；3.State Grid Anhui Electric Power Company，Hefei230061，China）Abstract:At present，there are more studies on the detailed models of large-scale photovoltaic（PV）power plants.How⁃ever，the studieson the corresponding equivalent models are relatively fewer.In this paper，the steady-state and tran⁃sient equivalent models of a PV power plant are summarized.In the steady-state equivalent model，the node processing method and the overall equivalent model are considered，and the establishment of its model facilitates the power flow calculation and static stability analysis.In the transient equivalent model，single-machine equivalence is processed based on capacity weighting orparameter identification，while multi-machine equivalence considers different grouping indexes and grouping methods.The establishment of its model is beneficial tothe large disturbance simulation analysis of the system.Afterwards，the calculation of equivalent parameters and the equivalence of collector network are briefly introduced.Finally，the problems that need further improvement and research are put forward.Keywords:photovoltaic（PV）power plant；equivalent model；steady-state equivalent model；transient equivalent model；equivalent parameter光伏发电系统的大型化和规模化是可再生能源发展战略研究的重点，也是光伏产业发展的前景[1-2]。
新能源光伏发电系统的建模与仿真
新能源光伏发电系统的建模与仿真近年来，随着能源消耗的不断增加和环境污染的严重性日益加剧，新能源的开发和利用变得越来越重要。
而光伏发电作为新型能源的代表之一，具有环保、经济、可持续等多种优势，已成为全球范围内发展最快的新能源之一。
光伏发电系统的建模和仿真是光伏发电研究中的重要一环，下面将结合实际案例探讨光伏发电系统的建模与仿真。
一、光伏发电系统的构成光伏发电系统主要由光伏组件、逆变器、电池及控制器等部分组成。
其中，光伏组件是光伏发电的核心部件，逆变器是将直流电转换成交流电的重要设备，而电池和控制器的作用则是优化光伏发电的效果。
二、建模与仿真的意义光伏发电系统的建模和仿真是指通过一系列计算模型和工具，对光伏发电系统的关键性能指标进行评估和优化，并从理论上验证和改进光伏发电系统的设计与控制方法。
这一过程对于光伏发电系统的研究和发展具有重要的意义。
具体来说：1.优化光伏组件的选择和设计。
通过建立光伏组件的计算模型，评估光伏电池片的效率、温度、光谱响应等因素，分析不同光伏组件的性能，最终选取最佳的设计方案进行光伏组件的选择和制造。
2.优化逆变器的设计和控制。
逆变器是将直流电转换成交流电的关键设备。
通过建立逆变器的计算模型，评估逆变器的效率、损耗等因素，分析不同逆变器的性能，优化逆变器的设计和控制，提高光伏发电的效率和经济性。
3.分析光伏发电系统稳定性。
建立光伏发电系统的全局模型，评估系统的稳定性和可靠性，识别并解决可能出现的问题，确保光伏发电系统能够长期稳定、可靠地运行。
三、光伏发电系统建模与仿真的方法目前，光伏发电系统建模和仿真的方法主要有以下几种：1.电路模型法。
该方法利用电路模型对光伏组件进行电气特性建模，通过计算模型评估光伏组件的性能和效果。
该方法以简单、高精度为特点，常用于对小型光伏发电系统进行建模和仿真。
2. 均衡方程法。
该方法基于物理均衡方程，建立光伏组件的热学特性模型，用于评估光伏组件的温度和效率等性能指标。
光伏发电系统建模与仿真
光伏发电系统建模与仿真简介光伏发电系统是一种利用太阳光能直接转化为电能的设备，逐渐成为一种重要的可再生能源发电方式。
建立光伏发电系统的数学模型，并进行仿真，可以帮助我们更好地了解光伏发电系统的运行原理以及优化系统性能的方法。
在本文中，我们将讨论光伏发电系统的建模方法，并介绍如何使用仿真工具进行系统仿真。
本文将包含以下几个部分：1.光伏发电系统的基本原理2.光伏发电系统的数学建模方法3.仿真工具介绍与使用方法4.光伏发电系统的仿真案例分析5.结论与展望光伏发电系统的基本原理光伏发电系统主要由光伏电池阵列、逆变器和电网连接组成。
光伏电池阵列是光伏发电系统的核心部件，通过将太阳能转化为直流电能。
逆变器则将直流电转化为交流电，并将其与电网连接起来，以实现电能的输出和调节。
光伏电池的工作原理是通过光生电效应将太阳光能转化为电能。
在光照条件下，光线照射到光伏电池上，光能被光伏电池吸收，进而激发光伏电池中的电子。
这些电子在光伏电池中形成电流，经过光伏电池上的导线和电子器件，通过负载最终输出电能。
光伏发电系统的数学建模方法为了更好地理解光伏发电系统的工作原理和性能，我们需要建立数学模型对其进行描述。
光伏发电系统的数学建模主要包括以下几个方面：1.光伏发电效率模型：光伏发电效率是指光伏电池将太阳能转化为电能的能力。
建立光伏发电效率模型可以帮助我们了解光伏电池在不同光照条件下的工作效果。
2.光伏电池阵列模型：光伏电池阵列是由多个光伏电池组成的。
建立光伏电池阵列模型可以帮助我们了解光伏电池之间的相互影响以及整个光伏发电系统的总体性能。
3.逆变器模型：逆变器是将光伏电池阵列输出的直流电转化为交流电的设备。
建立逆变器模型可以帮助我们了解逆变器的工作原理以及对电网连接的影响。
4.功率调节策略模型：光伏发电系统在不同的工作条件下需要采用不同的功率调节策略。
建立功率调节策略模型可以帮助我们优化光伏发电系统的性能。
通过建立以上数学模型，我们可以对光伏发电系统进行仿真研究，从而更好地理解和优化系统的性能。
光伏发电系统暂态建模与等值
图 4 光伏发电单元并网逆变器及其控制器结构框图 Fig. 4 Block diagram of photovoltaic generation unit and grid-connected inverter and its controller
设并网变流器通过阻抗为 R + jω L 的电抗器并 入电网，则可列出电压方程为 usa ia ua (6) = usb ( R + jω L) ib + ub usc ic uc 基于瞬时功率理论，对式(6)做旋转变换，并且 将同步旋转坐标系下的 d 轴准确定向于电网电压空 间矢量的方向上(电网电压定向)，可以得到 DC/AC 逆变电路的数学模型为 di usd = Rid + L d − ω Liq + ud dt (7) d iq u = + ω Lid Riq + L sq dt P = ud id Q = −ud iq (8)
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引言
在能源和环境问题备受关注的今天，太阳能以 其清洁、可再生的特点在许多国家蓬勃发展。随着 太阳能发电技术的进步，光伏并网发电将成为太阳 能利用的重要方式[1-3]。在我国，随着并网投运的光 伏电站逐渐增多，光伏系统的整体建模工作与并网 特性分析就显得尤为重要。相比于方法已相当成熟 的电力系统电磁暂态和机电暂态分析，针对风能、 太阳能等新能源接入电网引起的电网特性问题的分 析还有待进一步完善[4]。因此，建立完整准确的光 伏发电单元模型，在此基础上精确地研究其内部暂 态过程，分析其并网特性及对继电保护动作特性的 影响，具有非常重要的意义。 目前光伏电站普遍采用容量为 0.5 MW 的逆变
(3)
即得到光伏阵列的输出特性。 2.2 并网逆变器及其控制器模型 本文以图 1(a)中所示的接线型式为例，研究逆 变器为单级结构的光伏发电单元的电磁暂态仿真模 型，其具体结构如图 4 所示[7-8]。
建立光伏发电系统的数学模型并进行参数计算
建立光伏发电系统的数学模型并进行参数计算【引言】光伏发电作为一种将太阳能转化为电能的可再生能源，受到越来越多的关注。
为了实现光伏发电系统的最佳性能和效益，建立一个精确的数学模型并进行参数计算非常重要。
本文将介绍建立光伏发电系统数学模型的方法，并通过参数计算来评估光伏发电系统的性能。
【光伏发电系统模型】光伏发电系统可以分为光伏组件、直流/交流逆变器和电网三个主要部分。
为了建立光伏发电系统的数学模型，我们需要考虑以下几个关键因素：1. 光伏组件模型：光伏组件是将太阳能转化为直流电能的核心部件。
它的输出电流和电压受到光照强度、温度和阻抗等因素的影响。
可以使用等效电路模型来描述光伏组件的特性，其中包括理想电流源、二极管和串联电阻。
通过测量光伏组件的电流和电压，并利用等效电路模型的参数，可以计算出组件的功率。
2. 逆变器模型：光伏组件输出的是直流电能，需要通过逆变器转化为交流电能供给电网使用。
逆变器有功率转换效率、响应时间等关键参数。
可以建立逆变器的数学模型，包括输入和输出电压、电流的关系，并考虑逆变器的损耗。
3. 电网模型：光伏发电系统的最终目的是将产生的电能输送到电网中。
电网的电压和频率是固定的，光伏系统需要保持并调整其输出以适应电网的运行。
可以建立电网的数学模型，表达光伏系统和电网之间的功率平衡关系。
【参数计算】完成光伏发电系统模型的建立后，可以进行参数计算来评估系统的性能和效益。
以下是一些常见的参数计算：1. 组件的工作点计算：通过测量光伏组件的电流和电压，结合组件的等效电路模型参数，可以计算出组件的工作点即输出功率。
工作点的计算可以帮助我们了解光伏组件在不同光照强度和温度下的性能。
2. 逆变器效率计算：逆变器作为光伏发电系统的核心设备之一，其效率直接影响系统的总发电量。
逆变器的效率可以通过测量输出功率与输入功率的比值来计算。
高效的逆变器能够最大程度地将光能转化为电能，提高系统的发电效率。
3. 系统的总发电量：根据光伏组件的工作点和逆变器的效率，可以计算光伏系统的总发电量。
光伏发电系统的建模与仿真
光伏发电系统的建模与仿真随着节能减排的要求越来越高，光伏发电系统的应用越来越广泛。
然而，在建造光伏发电站前，需要进行大量的建模与仿真工作，以保证系统的稳定性和可靠性。
本文将介绍光伏发电系统的建模与仿真过程。
一、建模建模是光伏发电系统仿真的第一步。
建模的目的就是将光伏发电系统从实际中抽象出来，使之成为一套数学模型，以便在计算机中进行仿真。
光伏发电系统包括发电机组、直流充电器、储能器、逆变器、变压器等基本部件。
对于这些部件，需要进行建模和参数设定。
建模的方法主要有等效模型、电路模型和物理模型等。
1. 等效模型等效模型的思路是将光伏发电系统转换成等效电路，从而进行仿真计算。
例如，将光伏电池板简化成一个电流源加一个二阶低通滤波器。
2. 电路模型电路模型则是基于光伏发电系统的电路特性进行建模。
例如，可以将光伏电池板建模成参数为光强、温度等的电路模型。
3. 物理模型物理模型基于光伏发电系统的物理特性进行建模，涉及光学、热学等多个方面。
例如，可以将光伏电池板建模成空间点的热辐射传递方程。
根据仿真需要，建模时需要进行精度把握和建模方法选择。
在建模完成后，需要进行模型验证，以确保建模工作的准确性。
二、仿真在建模完成后，就可以进行仿真计算了。
仿真是指在计算机中模拟光伏发电系统的工作状态，获得系统的电气参数、性能指标等。
仿真需要使用仿真软件，常见的有PSIM、Matlab/Simulink等。
根据建模的具体方法，仿真算法也存在差异。
1. 辅助设计仿真计算可以对光伏发电系统的组成部分进行电气参数分析，例如组件的最大输出功率、充电器的电流等。
这有助于系统生成流程中的产品选型和设备配套工作。
2. 故障分析仿真计算可对光伏发电系统的故障进行分析。
例如，可能会对电路短路、系统离线等进行典型故障模拟，并从故障指标的角度来改进优化系统。
3. 性能分析仿真计算可以对光伏发电系统的电能转换效率进行性能分析。
例如，可以对系统每个环节的能量损失进行计算，以掌握发电系统的总体能源利用与性能表现。
并网光伏发电系统的通用性机电暂态模型及其与电磁暂态模型的对比分析
第42卷第3期电力系统保护与控制V ol.42 No.3 2014年2月1日Power System Protection and Control Feb.1, 2014 并网光伏发电系统的通用性机电暂态模型及其与电磁暂态模型的对比分析孙 浩1，张 曼2，陈志刚1，刘志文1，谢小荣2，姜齐荣2（1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广东 广州 510600；2.电力系统国家重点实验室, 清华大学电机系，北京 100084）摘要：针对并网光伏发电系统电磁暂态模型复杂、计算速度慢的问题，提出了一种并网光伏发电系统的通用性机电暂态模型。
该模型不包含电器元件及高频开关器件，由纯粹的数学计算完成，模型简单、计算速度快。
在PSCAD/EMTDC中对该机电暂态模型进行了仿真，得到的结果与电磁暂态模型的仿真结果吻合，且仿真时间大大减少，从而验证了该机电暂态模型的正确性及有效性。
该通用性机电暂态模型为大规模并网光伏电站的仿真建模等提供了模型参考，具有实用价值。
关键词：光伏发电；并网；机电暂态模型；电磁暂态模型；仿真对比Comparative study on electromechanical and electromagnetic transient model for grid-connectedphotovoltaic power systemSUN Hao 1, ZHANG Man2, CHEN Zhi-gang 1, LIU Zhi-wen 1, XIE Xiao-rong 2, JIANG Qi-rong2(1. Guangdong Electric Power Design Institute, China Energy Engineering Group Co., Ltd, Guangzhou 510600, China;2. State Key Lab of Power Systems Department of Electrical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China)Abstract: The computing speed of electromagnetic transient model for grid-connected photovoltaic power system is very slow because of its complexity. To solve this problem, a general electromechanical transient model for grid-connected photovoltaic power system is proposed, in which there are not electrical components and high frequency switching device, and it only consists of pure mathematic calculations, is simple and has fast calculation speed. By comparing the simulation results of this electromechanical transient model with electromagnetic transient model in PSCAD/EMTDC, we found that the simulation time is reduced greatly and the results are agreeable basically, which verifies the correctness and validity of the electromechanical transient model. The electromechanical transient model provides reference model for simulation and modeling of large scale grid-connected photovoltaic power station and is of great practical value.This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51322701).Key words: photovoltaic power; grid-connected; electromagnetic transient model; electromechanical transient model; simulation comparison中图分类号：TM76；TM743 文献标识码：A 文章编号：1674-3415(2014)03-0128-060 引言随着新能源、智能电网和微电网技术的发展，并网光伏发电系统已经取得广泛的应用，并具有广阔的发展前景[1-2]。
光伏发电系统建模及关键技术分析
随着 智 能 电网建设规 划 的推进 ，太 阳能作 为理 想 的可 再生 能源 ，其应 用前 景正变 得越 来越广 阔 。 开 发利 用太 阳能 的主要途 径 就是光伏 发 电 ，其优 点 包 括无 噪声 、无污 染 ，能源 随处可 能且取 之不 尽 ，
不含蓄 电池环节 的 “ 不可调度 式光伏发 电系统 ”， 另
ｐｏ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ ｗｅ ｏ ｖ ｒｅ，ＰＷ Ｍ ｉ ｖ ｒｅ ｎ ｔ ｕ ｒ ｎ ｓｅ ｅ ｉ ｆ ｅ ｂ ｃ ｏ ｔｏ ．ｍ ａ ｉ ｕ ｎ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｉｓ ｃ ｒｅ ｔｈｙ ｔｒ ｓｓ ｅ ｄ ａ ｋ ｃ ｎ ｒ １ ｘ ｍ ｍ ｐ ｗ ｅ ｏ ｎ ｏ ｒ ｐ ｉｔ
一
种为含有蓄 电池组 的 “ 可调度 式光伏发 电系统 ”。
可调度式系统 由于增加 了储能环节 ， 在与 系统的调度 配合上要优于不 可调度式系统 ， 同时也 来一些弱 但
不 受地 域 限制 ，可 以无 人值 守 ，建 设周 期短 ，规模 设计 自由度 大等『３ 】】 ＿。
光 伏发 电有 离网独 立供 电和并 网供 电两种 工作
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｇ ｅ ｐ ａ ｅｐ ｏ ｏ ｏ ｔ ｉ ｙ ｔ ｍ ；Ｍ Ｐ Ｔ；Ｐ Ｌ；ｇ ｉ － ｉｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｒｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｄ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｌ－ ｈ ｓ ｈ ｔ ｖ ｌ ｃｓ ｓ ｎ － ａ ｅ Ｐ Ｌ ｒｄ ｄ ｓ ｏ ｎ ｃｅ ；ｇ ｉ ・ ｏ ｎ ｃｅ － －
研 究 与 开 发
光伏 发 电系统 建模 及关键 技 术分析
郭 琦 赵 子玉
（ 上海 交通 大学 电子信 息与 电气７ 程 学院 ，上海 ２ ０ ４ － ０ ２ ０）
摘要
本 文运用 Ｍａ ａ 立 了单相光伏发 电并 网不可调度系统的软件模 型，包括光伏 电池部分 、 ｔ ｂ建 ｌ
新能源发电系统稳态与暂态分析建模与仿真
新能源发电系统稳态与暂态分析建模与仿真随着全球对环境保护的重视和对传统能源资源的枯竭，新能源发电系统的发展逐渐受到广泛关注。
为了确保新能源发电系统的可靠性和安全性，对其稳态和暂态性能进行准确的分析和建模是非常重要的。
本文将介绍新能源发电系统稳态和暂态分析的基本原理以及建模与仿真方法。
一、新能源发电系统稳态分析稳态分析是对电力系统的长期行为进行分析，研究其在稳定工作条件下的性能。
稳态分析主要考虑系统的功率平衡、电压和频率稳定性、电力质量等因素。
1. 功率平衡分析稳态时，新能源发电系统的总输出功率应满足负荷的需求，并保持电网功率平衡。
因此，需要对各个组件的功率输出进行分析和计算，确保系统的总输出功率满足需求。
2. 电压和频率稳定性分析电压和频率的稳定性是衡量新能源发电系统能否正常工作的关键指标。
通过对系统中各个元件的电压和频率进行分析和计算，可以评估系统的稳定性。
同时，也需要考虑并解决主要的电压和频率异常情况，如瞬态过电压和频率偏差等。
3. 电力质量分析由于新能源发电系统使用的是不同的能源源，如风能、太阳能等，其本身会对电力质量产生影响。
因此，需要对系统中的电力质量进行分析和评估，确保满足电网的要求，避免对用户和其他电网设备造成不良影响。
二、新能源发电系统暂态分析暂态分析是对电力系统在短时期内（如突发故障）的反应进行分析，研究其对电网的稳定性和可靠性的影响。
暂态分析主要包括电压暂态稳定和短路电流等方面。
1. 电压暂态稳定分析在新能源发电系统中，突发故障可能导致电压暂态的变动。
因此，需要对系统的暂态过程进行分析和建模，以确保电压的暂态稳定性。
在分析中，需要考虑并解决可能出现的电压暂降、电压暂升等异常情况。
2. 短路电流分析短路故障是指电路中出现短路路径，导致电流异常增大。
在新能源发电系统中，短路故障可能对系统的稳定性产生不利影响。
因此，需要对短路过程进行分析和建模，以评估其对系统的影响，并进行相应的保护设计，确保系统的安全运行。
光伏发电系统的建模与仿真研究
光伏发电系统的建模与仿真研究光伏发电是利用太阳能将光能转化为电能的一种可持续发电方式，具有环保、分布式等优势，日益受到人们的关注和重视。
光伏发电系统的建模与仿真研究，对于提高光伏发电系统的设计、运行和管理水平，具有重要的意义。
本文将探讨光伏发电系统的建模与仿真研究的内容需求，并提供相应的文章。
一、光伏发电系统的建模光伏发电系统的建模是指根据光伏发电系统的物理特性、工作原理和运行规律，通过数学模型对其进行描述和表达。
光伏发电系统的建模可以帮助人们更好地理解光伏发电系统的运行机理，为系统的设计、优化和控制提供理论基础。
下面将从以下几个方面介绍光伏发电系统的建模内容。
1. 太阳能辐射模型太阳能辐射是光伏发电的基本能源，对太阳能辐射进行建模可以帮助人们更准确地评估光伏发电系统的发电能力。
太阳能辐射模型可以考虑地理位置、季节变化、天气条件等因素，来对太阳能辐射进行预测和描述。
2. 光伏组件模型光伏组件是光伏发电系统的核心部件，对光伏组件进行建模可以帮助人们更好地理解光伏组件的特性和性能。
光伏组件模型可以考虑光伏元件的电流电压特性曲线、温度特性、光谱响应等因素，来对光伏组件的工作状态进行描述。
3. 光伏阵列模型光伏阵列是由多个光伏组件组成的系统，对光伏阵列进行建模可以帮助人们更准确地评估光伏阵列的发电能力。
光伏阵列模型可以考虑光伏组件的布局、互遮蔽效应、阴影效应等因素，来对光伏阵列的整体性能进行描述。
4. 光伏逆变器模型光伏逆变器是光伏发电系统中将直流电转换为交流电的关键设备，对光伏逆变器进行建模可以帮助人们更好地理解光伏逆变器的工作原理和性能。
光伏逆变器模型可以考虑逆变器的效率、功率因数、谐波产生等因素，来对光伏逆变器的工作过程进行描述。
二、光伏发电系统的仿真研究光伏发电系统的仿真是利用计算机模拟光伏发电系统的工作过程，通过改变系统的参数和条件，评估系统的性能和效果。
光伏发电系统的仿真研究可以帮助人们优化光伏发电系统的设计和运行策略，提高发电效率和经济性。
光伏发电系统的建模与优化
光伏发电系统的建模与优化光伏发电系统是一种利用太阳能将光能转化为电能的装置，具有可再生、清洁、环保等特点。
对于光伏发电系统的建模和优化，是为了提高光伏发电系统的效率和性能，以及优化系统的设计和运行。
建模是对光伏发电系统进行描述和分析的过程。
通过建立数学模型，可以对光伏发电系统的特性和性能进行研究和预测。
光伏发电系统的建模主要包括对太阳能辐射、光伏电池、逆变器等多个组成部分的建模。
首先，对于太阳能辐射的建模，需要考虑太阳辐射的强度、方向和变化等因素。
可以根据太阳的位置和季节变化来确定太阳辐射的模式。
同时，还需要考虑地理位置、气候条件等因素对太阳辐射的影响。
其次，对于光伏电池的建模，需要考虑光伏电池的特性和性能。
光伏电池的特性包括光电转换效率、温度特性、工作电压和电流等。
通过建立光伏电池的等效电路模型，可以分析光伏电池的工作状态和性能。
同时，还需要考虑光伏电池组成的光伏阵列的布局和连接方式。
光伏阵列的布局可以影响到光伏电池的接收光照的能力和分布情况。
适当的光伏电池布局可以最大限度地提高光伏发电系统的发电效率。
最后，对于逆变器的建模，需要考虑逆变器的工作原理和控制策略。
逆变器的主要功能是将光伏电池产生的直流电转换为交流电。
通过建立逆变器的数学模型，可以研究逆变器的效率和性能，以及逆变器的电网连接和电力调节能力。
光伏发电系统的建模可以帮助我们更好地了解系统的工作原理和性能特点。
通过对各个组成部分的建模，可以分析和优化系统的性能和效果，从而提高光伏发电系统的发电效率和可靠性。
除了建立光伏发电系统的数学模型，我们还可以通过优化算法和技术来优化光伏发电系统的设计和运行。
优化的目标可以是最大化光伏发电系统的发电效率，或者是最小化系统的成本和能源消耗。
一种常用的优化方法是通过调整光伏电池的倾斜角和朝向来最大化光伏发电系统的发电量。
根据地理位置和太阳辐射的变化，可以通过数学模型和优化算法来确定最佳的倾斜角和朝向。
此外，还可以通过改进光伏电池和逆变器的设计和材料来提高系统的性能和效率。
高效率光伏发电系统的建模与优化控制
高效率光伏发电系统的建模与优化控制随着全球对可再生能源的需求增加，光伏发电系统作为一种清洁、可再生的能源解决方案，得到了广泛的关注和应用。
为了提高光伏发电系统的效率和稳定性，建模与优化控制成为必要的研究方向。
本文将介绍高效率光伏发电系统的建模与优化控制的相关内容。
首先，我们需要对光伏发电系统进行建模。
光伏发电系统是由光伏电池、逆变器、电池储能、电网等组成的复杂系统。
建模的目的是将系统的各种元件和变量进行抽象和描述，以便于分析和控制。
常用的方法有电路模型和数学模型两种。
电路模型是将光伏电池抽象成电路元件，通过表示电流-电压特性来描述电池的工作状态。
这种模型适用于小规模的系统，可以较好地考虑光照变化对电压和电流的影响。
而数学模型是通过方程组来描述光伏电池的运行机制，包括光电转换、电子输运和能量转移。
这种模型适用于大规模系统，可以更准确地描述光伏电池的性能。
建模完成后，我们需要进行优化控制。
优化控制的目标是通过调整系统的参数和控制策略，使系统能够以最高的效率和稳定性运行。
常见的优化方法有模型预测控制、PID控制和模糊控制等。
模型预测控制（MPC）是一种基于模型的优化控制方法，通过构建系统的数学模型，并使用最优化算法来计算控制量，以达到最佳的性能指标。
MPC可以根据光照变化和负荷需求来优化控制光伏发电系统的功率输出，提高系统的利用效率。
PID控制是一种常用的控制方法，通过比较实际输出和期望输出之间的差异，根据比例、积分和微分的控制策略来调整控制量。
PID控制可以根据光照变化和负荷需求，实时调整光伏发电系统的输出功率，使系统能够在不同工况下保持良好的稳定性和效率。
模糊控制是一种基于模糊逻辑推理的控制方法，通过对输入和输出之间的关系进行模糊化描述和推理，得到控制规则，并结合规则库进行调整。
模糊控制可以根据光照的强度和负荷需求，调整光伏发电系统的功率输出，使系统能够在不同环境下实现最佳的性能。
除了建模和优化控制，光伏发电系统的实时监测和故障诊断也是非常重要的。
电力系统中的光伏发电系统建模与优化设计
电力系统中的光伏发电系统建模与优化设计随着人类对可再生能源的需求不断增长，电力系统中的光伏发电系统扮演着越来越重要的角色。
光伏发电系统的建模和优化设计是为了提高其发电效率、减少能源浪费，并促进可持续能源的发展。
本文将探讨光伏发电系统的建模和优化设计，以期提供一些思考和启发。
光伏发电系统的建模是指将光能转化为电能的过程进行数学模型化。
首先，了解太阳光照射在光伏电池上时，会发生光电效应，使电子被光子激活并产生电能。
因此，建模需要考虑太阳辐照度、光伏电池的特性以及其他影响光伏发电系统效率的因素。
在建模的过程中，可以考虑使用各种数学模型来描述光伏电池的特性。
最常见的是理想二极管模型和单二极管模型。
理想二极管模型假设光伏电池具有理想的电流电压特性，而单二极管模型考虑了各种损耗和非线性特性。
根据实际情况和需求，可以选择合适的模型来进行建模分析。
此外，建模还需要考虑光伏电池的位置和布局。
通过合理地安排光伏电池板的位置和角度，可以最大化太阳辐照度的接收并提高发电效率。
因此，根据实际的地理、气候和环境条件，选择合适的位置和角度是非常重要的。
光伏发电系统的优化设计是指通过调整各种参数和配置，以最大化光伏电池的发电效率。
首先，可以通过优化光伏电池板的表面材料和设计，来提高光的吸收和电能转化效率。
例如，使用特殊材料来增强光的吸收和减少反射，以及优化光伏电池板的结构和布线，以提高电能转化效率。
其次，优化设计还需要考虑光伏电池板的电子集成和电路连接。
通过合理地设计电路连接和电子集成，可以最大限度地减少能源损耗和电阻，并提高能量转化效率。
例如，通过设计合适的电流控制和电压稳定器，可以确保光伏电池在不同光照条件下保持稳定的输出功率。
最后，考虑到电力系统中的变化和不确定性，优化设计还需要考虑光伏发电系统的可靠性和稳定性。
例如，合理地设计并安装保险装置和电力调节器，以确保光伏发电系统在各种环境和电力负荷条件下能够正常工作，并保持稳定的输出功率。
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(3)
即得到光伏阵列的输出特性。 2.2 并网逆变器及其控制器模型 本文以图 1(a)中所示的接线型式为例，研究逆 变器为单级结构的光伏发电单元的电磁暂态仿真模 型，其具体结构如图 4 所示[7-8]。
式中：Vocref 为标准测试环境下光伏电池开路电压； VTref 为参考温度下的热势差；Nc 为光伏组件中光伏 电池的个数；r 为温度系数；n 为二极管理想因子； Eg 为半导体禁带宽，硅材料取 1.1 eV。 热势差 VT 表达式为 K VT = (T + 273) ⋅ ⋅ N C q (4)
2.1 光伏电池阵列模型 光伏电池组件的等效电路可以用图 2 所示的结 构来描述[5-6]。忽略漏电阻 Rsh，光伏电池组件的输
闫
凯，等
r
光伏发电系统暂态建模与等值
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I= 0
T + 273 I scref ⋅ × U ocref Tref + 273 exp( ) −1 n ⋅ VTref N c Eg exp n 1 1 ⋅ − VTref VT
第 43 卷 第 1 期 2015 年 1 月 1 日
电力系统保护与控制
Power System Protection and Control
Vol.43 No.1 Jan. 1, 2015
光伏发电系统暂态建模与等值
闫 凯 1，张保会 1，瞿继平 2，吴兴全 2
(1.西安交通大学电气工程学院，陕西 西安 710049；2.甘肃省电力设计院，甘肃 兰州 730050) 摘要：随着光伏并网电站的数量增多、容量增大，其对电网的保护与控制的影响不可忽略。建立光伏发电站的电磁暂态仿真 和等值计算模型是研究其并网特性及对继电保护影响的基础。介绍了光伏电站接入电网的常见形式，建立了一种通过单级式 逆变器并网的光伏发电单元模型， 并利用在 PSCAD/EMTDC 上搭建的光伏发电系统电磁暂态仿真模型验证了其在稳态和暂态条 件下的有效性。在此基础上，给出了一种由光伏发电单元组成的光伏电站的等值计算模型，并仿真验证了其有效性。 关键词：光伏发电单元；电磁暂态建模；等值计算；PSCAD/EMTDC；仿真验证
图 4 光伏发电单元并网逆变器及其控制器结构框图 Fig. 4 Block diagram of photovoltaic generation unit and grid-connected inverter and its controller
设并网变流器通过阻抗为 R + jω L 的电抗器并 入电网，则可列出电压方程为 usa ia ua (6) = usb ( R + jω L) ib + ub usc ic uc 基于瞬时功率理论，对式(6)做旋转变换，并且 将同步旋转坐标系下的 d 轴准确定向于电网电压空 间矢量的方向上(电网电压定向)，可以得到 DC/AC 逆变电路的数学模型为 di usd = Rid + L d − ω Liq + ud dt (7) d iq u = + ω Lid Riq + L sq dt P = ud id Q = −ud iq (8)
Photovoltaic powernts
YAN Kai1, ZHANG Baohui1, QU Jiping2, WU Xingquan2 (1. School of Electrical Engineeing, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China; 2. Gansu Electric Power Design Institute, Lanzhou 730050, China) Abstract: With the increasing of number and capacity of photovoltaic power stations connected to grid, its impact on the relay protection and control of the power grid can’t be ignored. Building the photovoltaic power stations’ electromagnetic transient simulation and equivalent calculation model is the basis of the grid-connected characteristics and the influence on relay protection. This paper introduces the common form of photovoltaic power station connected to grid, establishes a photovoltaic power generation unit model based on single-stage inverters, then builds a photovoltaic power generation system electromagnetic transient simulation model on PSCAD / EMTDC to verify its validity in steady and transient conditions. On this basis, the equivalent calculation model of the photovoltaic power plant consisting of photovoltaic power generation unit is given, and its validity is verified by the simulation. Key words: photovoltaic power generation unit; electromagnetic transient modeling; equivalent calculation; PSCAD/EMTDC; simulation verification 中图分类号： TM614 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2015)01-0001-08
式中：K 为玻尔兹曼常数(K=1.38×10-23 J/K)；q 为 单位电荷(q=1.6×10-19 C)。 图 2 中旁漏电阻 Rsh 是由硅片的边缘不清洁或 体内缺陷产生的。串联电阻 Rs 主要由电池的体电 阻、表面电阻、电极导体电阻以及电极与硅表面接 触电阻组成。一般光伏电池的 Rsh 很大，计算时可 认为该支路开路。Rs 可通过最大功率点的电压电流 值结合等效电路计算得到，计算式如式(5)。 I scref − I mpref + 1.0 − Vmpref n ⋅ VTref ⋅ ln I 0ref (5) Rs = I mpref 式中：I0ref 为饱和电流参考；Impref 为最大功率点输 出电流；Vmpref 为最大功率点输出电压。 在计算式(2)～式(5)的基础上，通过迭代求解式 (1)， 可得到光伏电池组件的输出外特性。 图 3 为不同光 照强度和温度下某光伏电池组件的输出特性。
图 1 光伏电站接线方式 Fig. 1 PV power plant wiring
图 2 光伏电池组件等效电路 Fig. 2 Equivalent circuit of the photovoltaic modules
出电流表达式为式(1)。
U + I ⋅ Rs I= I SC − I 0 exp n ⋅ V T − 1
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引言
在能源和环境问题备受关注的今天，太阳能以 其清洁、可再生的特点在许多国家蓬勃发展。随着 太阳能发电技术的进步，光伏并网发电将成为太阳 能利用的重要方式[1-3]。在我国，随着并网投运的光 伏电站逐渐增多，光伏系统的整体建模工作与并网 特性分析就显得尤为重要。相比于方法已相当成熟 的电力系统电磁暂态和机电暂态分析，针对风能、 太阳能等新能源接入电网引起的电网特性问题的分 析还有待进一步完善[4]。因此，建立完整准确的光 伏发电单元模型，在此基础上精确地研究其内部暂 态过程，分析其并网特性及对继电保护动作特性的 影响，具有非常重要的意义。 目前光伏电站普遍采用容量为 0.5 MW 的逆变
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光伏电站接入电网的常见形式
1.1 光伏电站主要一次设备 光伏电站主要一次设备有光伏电池阵列、光伏 并网逆变器、无功补偿装置和其他常见的电气一次 设备。 光伏电池是光伏电站最主要的元件，其功能是 利用光生伏打效应将捕获的太阳能转换成电能。光
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电力系统保护与控制
伏电池按安装方式可分为固定安装、单轴跟踪和全 跟踪三种方式。单轴跟踪和全跟踪比固定安装方式 捕获的太阳能更多，但由于安装费用、维护费用以 及土地利用率等因素的制约，国内光伏电站仍以固 定安装方式为主。 单个光伏电池输出的电压和能量都十分低下， 故通常将几十个光伏电池封装形成一个光伏组件。 光伏组件再通过汇流箱和直流配电柜串并联成一个 光伏阵列。 光伏逆变器是光伏电站最为核心的元件，其功 能是将光伏阵列输出的直流电能转换成符合电网要 求的交流电能。非隔离型逆变器由于其系统结构简 单、质量轻、成本低且具有相对较高的效率，已成 为当前光伏逆变器的主流。目前多采用单级结构的 非隔离型逆变器。单级非隔离型逆变器只有一级的 DC/AC 变换电路，通常为三相全桥结构。光伏阵列 的最大功率跟踪控制、逆变器的并网控制及自身保 护功能等都包含在逆变器的控制器中。该结构的逆 变器具有电路简单、元器件少、可靠性高、效率高、 功耗低等诸多优点。 光伏电站一般都配有 SVG 等无功补偿装置， 其功能是维持光伏电站内部母线的电压稳定。光伏 逆变器通常运行于单位功率因数状态，光伏电站发 送有功的波动引起的母线电压偏移必须靠 SVG 发 送的无功来补偿。通常 SVG 的容量按照光伏电站 装机容量的 20%来配置。 此外，光伏电站内部其他常见的一次电气设备 有变压器、母线、电压电流互感器、避雷器和架空 出线等。因与传统电站的配置一致，不在此作详细 说明。 1.2 光伏电站电气结构 光伏电站一次接线通常采用单母线或单母线 分段的型式。目前国内光伏电站普遍采用 0.5 MW 并网逆变器，两个光伏并网逆变器并联接到阵列变 或接到双分裂变压器的两低压侧构成 1 MW 的光伏 发电单元，如图 1 所示。 图 1(a)中接线方式 1 结构简单，但某些型号的 逆变器不支持直接并联运行；图 1 (b)接线方式 2 中 升压变采用双分裂变压器，可以较好地抑制逆变器 间的环流。