基于分岔理论的大型并网光伏模型探究

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摘 要 目前，随着光伏电站并网技术逐步提高，大容量光伏电站并网运行正在很多地方进行验证。本文将根据光伏电站的本身特点和分岔理论的适用条件，对大型光伏模型的建立进行初步探究，从而为以后将要进行的光伏并网电压稳定分析奠定基础。

关键词 光伏发电；分岔理论；电压稳定

中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-137-1

1 分岔理论

非线性科学的一个重要分支--分岔理论，是对非线性动态系统进行结构稳定性机理分析的有力方法。它主要研究的是系统随参数改变而引起解的结构和稳定性的变化。

由于光伏发电系统是典型的高度复杂非线性动态系统，它的动态行为被归结为一个非线性的微分代数方程组即

其中微分方程组体现了电力系统中动态元件的动力学行为，代数方程组反映了电力系统中动态元件之间的相互作用及网络的拓扑约束。对于同样具有结构稳定性和非线性特征的光伏电站，其当然可以作为解决光伏并网系统电压稳定的有效工具。并且由于光伏电站其自身的随机性、时变性、多样性等特点将对系统暂态、稳态状况产生的较大影响，甚至会有与实际相违背的结果，危及系统的安全可靠，而分岔理论是追踪系统的平衡解流形从而来进行分析研究的，这就很好的可以体现光伏电站的真实状态从而为电网的监测和实时分析打下基础。本文主要探究的是基于分岔理论来建立的两个光伏模型关键部位即光伏阵列和逆变器。

2 基于分岔理论的光伏模型

并网光伏发电系统主要由光伏阵列、逆变器及其他并网环节组成，见图1。

图1中：光伏阵列有将太阳能转换为直流电能的功能；基于Boost开关的DC/AC变换器将直流电转换为与电网同步的交流电；变压器将不同等级的电压完成变换。这其中主要元器件的建模是光伏阵列和逆变器。

本文就是按照图1的顺序在分岔理论的条件下来建立其光伏模型。

2.1 光伏阵列的工程实用数学模型

根据光伏电池等效电路的精确模型，其输出电流I的数学方程可以用式（1）来精确描述。

其中A为二极管的理想因子，通常在1至2之间变化；K代表玻尔兹曼常数，其值为1.38×10-23 J/K；T代表绝对温度，单位是K；q为单位电子电荷，q=1.6×10-19；λ是光照强度，单位是kW/m2；Isc代表标准光照强度（1kW/m2）测试条件及环境温度为298 K时所测得的光生电流，在此条件下等式Iλ=Isc成立；K1代表光生电流随温度变化的系数，通常取K1=0.0017。

一般情况下，供应商提供的仅是Uoc、Isc、Um、Im等几个参数，而它们是光伏电池在标准测试条件下测得的。基于分岔理论约束条件，建立光伏电池的工程实用模型。

其中涉及的参数C1，C2如下：

综上，这个模型完全是可以接入到仿真软件进行接下来的动态仿真和实时模拟分析的。

2.2 逆变器工程模型

由于是大型光伏并网电站所以考虑采用适合功率数目大的三相光伏并网逆变器。根据逆变器出口侧至变压器部分和变压器出口侧至并网点部分的等效电路并考虑到分岔理论的动态与非线性特性，可得如下的工程方程：

上面三式都是含有时间t的非线性时变方程，主要是并网光伏电站动态特性的描述，定义状态空间向量=[VPv，iac，vac，is]，可得整理后的向量函数式： 。它描述了光伏并网电站的运行特性。根据光伏并网电站运行参数的特点，并考虑到分岔理论的约束条件，可以在简化处理后对该数学模型进行求解。

参考文献

[1]Carrasco J M，Franquelo L G，Bialasiewicz J T，et al.Power electronics systems for the grid integration of renewable energy sources：a survey[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics，2006，53（4）：1002-1016.

[2]董密，罗安.光伏并网发电系统中逆变器的设计与控制方法[J].电力系统自动化，2006，30（10）：97-101.

作者简介

冯绍兴（1987-），男，河南商丘人，郑州大学电气工程学院2011级研究生，电力系统及其自动化专业，研究方向：电力系统电压稳定与分析。

赵雷（1982-），男，河南舞钢人，河南舞阳钢铁有限责任公司。

李玉峰（1987-），男，河南商丘人，内蒙古呼伦贝尔满洲里供电局。