[發(fā)明專利]一種大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等值方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310713171.4
• 申請(qǐng)日: 2013-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN103730910A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟昭軍;薛峰;李威;宋曉芳;常康;方勇杰;崔曉丹;許曉彤;王海潮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京南瑞集團(tuán)公司
• 主分類號(hào): H02J3/38
• 分類號(hào): H02J3/38;H02S10/00
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

1.一種大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等值方法，其特征在于：

本方法采用的基本假設(shè)為：

（1）在等值計(jì)算的過程中認(rèn)為光伏電站的環(huán)境溫度保持不變，設(shè)為T₀；

（2）光伏電站中每個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的光伏陣列數(shù)目和聯(lián)接結(jié)構(gòu)都相同，并且所有光伏陣列所用的光伏組件均為同型號(hào)；

（3）每個(gè)光伏陣列中光伏組件均接有一個(gè)旁路二極管，防止局部過熱現(xiàn)象的產(chǎn)生；每條支路串接一個(gè)阻塞二極管，防止并聯(lián)運(yùn)行時(shí)逆電流的產(chǎn)生；

本方法包括以下步驟：

a）讀入各光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的輸入數(shù)據(jù)，包括等值計(jì)算過程中光伏電站的環(huán)境溫度T₀、光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的模型參數(shù)、光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的輸入光照強(qiáng)度及分布情況、環(huán)境溫度T₀時(shí)在均勻光照條件下光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的功率/光照強(qiáng)度特性曲線、環(huán)境溫度T₀時(shí)在均勻光照條件下光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的光照強(qiáng)度/功率特性曲線；

b）計(jì)算各光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的等效均勻輸入光照強(qiáng)度；

c）根據(jù)等效均勻輸入光照強(qiáng)度對(duì)光伏并網(wǎng)發(fā)電單元進(jìn)行分群，同群的單元被等值在一起，計(jì)算等值單元的等值輸入光照強(qiáng)度；

d）輸出光伏電站并網(wǎng)等值的計(jì)算結(jié)果，包括光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的分群信息、等值單元的模型參數(shù)、等值單元的等值輸入光照強(qiáng)度曲線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大規(guī)模光伏電站并網(wǎng)的動(dòng)態(tài)等值方法，其特征在于，步驟b中包括以下步驟：

b1）求解光伏并網(wǎng)發(fā)電單元在非均勻光照條件下的最大輸出功率曲線：

b11）求解單串陣列輸出特性曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)

為了準(zhǔn)確反映光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的輸出特性，需要求出不同光照強(qiáng)度分布下，單串陣列伏安特性曲線上每個(gè)階梯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，光照強(qiáng)度分布相同的單串陣列具有相同的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電流就是單串陣列中被遮擋光伏組件在陰影下的短路電流，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電壓就是單串陣列在被遮擋光伏組件的旁路二極管即將截止時(shí)的輸出電壓；轉(zhuǎn)折點(diǎn)的計(jì)算公式如下：

Ic=Isc2=Iph2-Irs2[exp(qA·k·T0Usc2)-1]---(7)]]>

U_sc2＝0???（8）

Ic=Iph1-Irs1[exp(qA·k·T0U1)-1]---(9)]]>

其中，I_c為單串陣列轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電流，I_sc2、I_ph2、I_rs2、U_sc2分別為被遮擋且旁路二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)的光伏組件在陰影下的短路電流、光生電流、反向飽和電流和短路電壓，I_ph1、I_rs1分別為沒被遮擋或被遮擋但旁路二極管處于截止?fàn)顟B(tài)的光伏組件的光生電流和反向飽和電流，U₁為一個(gè)處于工作狀態(tài)的光伏組件的輸出電壓；A為二極管的理想因子；波爾茲曼常數(shù)k＝1.38×10^-23J/K；電子電荷q＝1.6×10^-19C；

先通過公式（7）和公式（8）求得I_c，再將I_c代入公式（9）求出U₁，然后將U₁代入公式（10），得到單串陣列轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電壓U_c：

U_c＝U₁×UN-V_pn×SN???（10）

其中，UN為單串陣列中處于工作狀態(tài)的光伏組件個(gè)數(shù)，SN為單串陣列中被遮擋且旁路二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)的光伏組件個(gè)數(shù)，V_pn為旁路二極管的導(dǎo)通電壓；

b12）求解光伏并網(wǎng)發(fā)電單元在非均勻光照條件下的最大輸出功率曲線

根據(jù)步驟b11）求出的光伏并網(wǎng)發(fā)電單元中所有光照強(qiáng)度分布不同的單串陣列的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，將光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的輸出電壓按所求轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電壓進(jìn)行分段，分段后光伏并網(wǎng)發(fā)電單元內(nèi)的光伏陣列在每段電壓下的工作狀態(tài)各不相同，每段的功率與電壓方程的計(jì)算公式如式（11）和式（12）所示：

Ppv=Σi=1m(Pi×Nsni)---(11)]]>

Pi=Np_u{UpvIph_u-UpvIr_u[exp(qA·k·T0Upvns)-1]}+Np_s{UpvIph_s-UpvIr_s[exp(qA·k·T0Upvns)-1]}+Np_d{UpvIph_d-UpvIr_d[exp(qA·k·T0(Upv+Vpn×SN)UN)-1]}---(12)]]>

其中，P_pv為光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的輸出功率，U_pv為光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的輸出電壓，m為光伏并網(wǎng)發(fā)電單元中光伏陣列受到的不同的光照分布的種類數(shù)，P_i為每種不同光照分布下光伏陣列的輸出功率，N_sni為每種不同光照分布下光伏陣列的個(gè)數(shù)；N_{p_u}為光伏陣列中沒有被遮擋的組件的單串的個(gè)數(shù)，I_{ph_u}、I_{r_u}分別為該單串中的組件在無遮擋光照下的光生電流和反向飽和電流；N_{p_s}為光伏陣列中有被遮擋的組件且被遮擋組件的旁路二極管都處于截止?fàn)顟B(tài)的單串的個(gè)數(shù)，I_{ph_s}、I_{r_s}分別為該單串中的組件在光照強(qiáng)度最低的陰影下的光生電流和反向飽和電流；N_{p_d}為光伏陣列中有被遮擋的組件且被遮擋組件的旁路二極管有處于導(dǎo)通狀態(tài)的單串的個(gè)數(shù)，當(dāng)該單串中被遮擋組件的旁路二極管全都處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，I_{ph_d}、I_{r_d}分別為該單串中處于工作狀態(tài)的組件在沒有遮擋光照下的光生電流和反向飽和電流，當(dāng)該單串中被遮擋組件的旁路二極管有處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，I_{ph_d}、I_{r_d}分別為該單串中處于工作狀態(tài)的組件在旁路二極管截止的被遮擋組件所受的光照強(qiáng)度最低的陰影下的光生電流和反向飽和電流；n_s為一個(gè)光伏陣列中光伏組件的串聯(lián)數(shù)目；

將式（12）代入式（11），得到一個(gè)關(guān)于P_pv和U_pv的方程式，對(duì)其求導(dǎo)，令dP_pv/dU_pv＝0，U_pv替換成U_max，得到光伏并網(wǎng)發(fā)電單元在每段的最大功率點(diǎn)電壓U_max的一元方程式；

然后給定一個(gè)電壓初值，求出電壓初值所在段內(nèi)的最大功率點(diǎn)電壓；將求得的U_max代回式（12）和式（11），計(jì)算光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的最大輸出功率，得到每個(gè)光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的最大輸出功率曲線；

b2）計(jì)算各光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的等效均勻輸入光照強(qiáng)度：根據(jù)環(huán)境溫度T₀時(shí)在均勻光照條件下光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的功率/光照強(qiáng)度特性曲線，得到功率/光照強(qiáng)度特性曲線的擬合函數(shù)，然后將步驟b1）中計(jì)算得到的光伏并網(wǎng)發(fā)電單元在非均勻光照條件下的最大輸出功率作為輸入變量，代入功率/光照強(qiáng)度特性曲線的擬合函數(shù)，求得各光伏并網(wǎng)發(fā)電單元的等效均勻輸入光照強(qiáng)度。