[发明专利]基于结构保持方法的大规模光伏发电系统聚合等值方法

说明书

本发明提出了一种基于结构保持方法的大规模光伏发电系统聚合等值方法，包括：建立两级式光伏发电系统的详细数学模型，包括光伏阵列的数学模型，前级Boost电路的平均模型，后级并网逆变器的平均模型，变压器的等效模型，最大功率点追踪控制器与并网电压电流控制器的数学模型；根据光伏发电系统中存在的磁场能、电场能与广义势能之间的能量守恒关系，得到大规模光伏发电系统详细模型与等值模型状态变量之间的关系；根据详细模型与等值模型之间相同的有功出力与接入电网方式，确定详细模型与等值模型之间的电流、电压关系；利用容量加权法，并且比较不同模型间的状态方程，提出聚合等值模型的等效参数计算方法。其有益效果在于，在简化降阶模型的基础上使得聚合模型保留了与原光伏发电系统一样的电路与控制结构，同时为聚合等值模型中光伏阵列、Boost电路、逆变器、输出滤波器、变压器、最大功率点追踪控制器与并网电压电流控制器的等值参数求取，提供了精确可靠的计算方法。

技术领域

本发明属于新能源并网发电技术领域，具体涉及基于结构保存方法的大规模光伏发电系统动态聚合等值模型与等效参数的计算方法。

背景技术

由于光伏资源容易获得并且其具有低成本、无污染的特性，使得光伏发电被认为推进能源转型和应对环境挑战的重要途经。一般情况下，实际光伏电站为了满足输出足够的有功功率多采用多个光伏逆变器并联集群方式接入配电网运行，所以光伏电站是一个大规模高阶系统。大规模光伏系统的仿真分析将耗费较长的时间，占用较大的计算空间。此外，由于系统规模较大，研究大规模多并联光伏发电系统在不同环境下的运行特性十分困难，并且难以评估大规模光伏系统在故障与小扰动发生时的动态稳定性。

因此，为了简化大型系统的分析，快速评估大规模系统的动态响应能力，建立大规模系统的动态聚合等值模型是十分必要的。大规模光伏系统的动态等值模型实际上是简化降阶的等效模型，其具有与实际详细模型相同的输出功率，一致的动态响应能力，可以用较少的计算空间与分析时间实现大规模光伏系统在稳态与暂态情况下的精准替代。

目前针对大规模光伏系统等值模型的研究，主要集中在光伏逆变器的聚类分群方法，即将具有相同动态特性的多台光伏逆变器用不同的聚类算法进行光伏逆变器的分群等值。专利CN106054665A获取光伏逆变器的预设控制参数的灵敏度，根据K均值聚类算法对光伏逆变器进行分群聚类等值，但其并没有介绍逆变器分群后多个等值模型中等效参数的计算方法。专利CN106451418A利用各光伏发电单元对应的单位冲激响应曲线之间的距离作为分群指标，采用K-means算法对光伏电站模型进行在线分群，根据每个光伏发电单元的实际出力，建立光伏电站的在线分群等值模型，但其等值参数的计算只包含逆变器的有功和无功控制环节的等效参数。专利CN109638892A通过模糊聚类算法求取光伏电站的等值模型，通过确定光伏发电单元聚类指标进行标准化处理，并初始化隶属度矩阵，并按照聚类结果求取光伏电站等值聚合参数，虽然其考虑了光伏逆变器交流侧滤波电感、滤波电容与直流侧滤波电容的等值参数求取方法，但仍未包括光伏阵列、变压器、最大功率点追踪控制器、逆变器控制器等在内的等值参数的求取。

综上所述，建立包括光伏阵列、前级Boost电路、逆变器、滤波器、变压器、最大功率点追踪控制器、并网电流控制器在内的详细大规模光伏发电系统聚合等值模型以及相应的等值参数求取方法，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提出一种大规模光伏发电系统的聚合等值模型，建立聚合等值模型的详细等值参数求取方法。

本发明的技术方案为：基于结构保存方法的大规模光伏发电系统聚合等值模型，其特征在于，包括多个光伏发电单元及各单元内部的光伏阵列，前级Boost升压电路，后级并网逆变器，变压器，最大功率点追踪控制器，并网电压电流控制器在内的详细模型，具有相同结构的动态聚合等值模型以及聚合模型中前述各组成部分的详细等值参数求取方法。