光伏发电01型-平均化-标准化模型-v1
案例介绍
包含光伏电池单元、光伏电池环境条件、基于Boost平均化升压电路的最大功率点跟踪控制、平均化变流器及其控制、电压穿越运行状态判断、电压穿越控制，以及高低压穿越故障等模块的跟网型光伏发电平均化标准模型的典型案例。
使用方法说明
光伏发电平均化标准模型的适用范围：
- 建议步长范围：1–50 μs
- 高低压穿越成功的短路比 ≥1.5
算例介绍
光伏发电平均化标准模型由电气主拓扑、光伏电池环境条件、最大功率点跟踪控制、变流器控制、高低压穿越故障、电压穿越运行状态判断及电压穿越控制等七个部分组成。
电气主拓扑由光伏电池单元、Boost平均化升压电路、Chopper斩波电路、通过受控电压源、受控电流源等效建模的平均化变流器、交流滤波器、升压变压器及电压源组成。并网方式可选择与理想电压源或戴维南等值电压源相连，其中戴维南等值电压源的阻抗大小由用户设置的短路比、阻抗比计算得到。两种并网方式的切换以及短路比、阻抗比的大小均可在参数组中进行设置。
光伏电池环境条件输出辐照度和温度到光伏电池单元，用户可以选择是否启用辐照度或温度的随机变化。
最大功率点跟踪控制采用电导增量法实现基于Boost升压电路的MPPT控制，实现对光伏输出有功功率的控制。Boost平均化升压电路的控制信号通过功率平衡法计算得到。
变流器控制由锁相环、Park变换、变流器dq轴内外环控制、变流器dq轴电流限幅值计算、变流器电压控制信号逆Park变换与输出变流器控制信号等部分组成，实现对直流电压、光伏输出无功功率的控制。平均化变流器的控制信号同样通过功率平衡法计算得到。
为方便进行高低压穿越测试，搭建了高低压穿越故障模块，用户在参数方案中选取电压穿越类型，即可自动启用并设置相应的故障阻抗与故障持续时间。目前给出的故障阻抗参数适用于短路比为2时的工况。
电压穿越运行状态判断用于判断并输出光伏发电模型当前的运行状态，包括正常运行(state=0)、低电压/高电压穿越中(state=-2/2)、低电压/高电压穿越恢复(state=-1/1)、低电压/高电压穿越失败(state=-3/3)，进入、退出高低穿状态的电压阈值、延时均可由用户设置。
电压穿越控制用于计算并输出光伏发电模型在高低压穿越中、穿越恢复阶段的有功、无功电流参考值，包括高低压穿越期间控制、高低压恢复期间控制、电压穿越恢复期间电流限制等，用户可以选用不同的控制模式和控制参数。最终对计算得到的有功、无功电流参考值做处理后输出到变流器控制，作为dq轴内环控制的电流参考值，实现电压穿越控制与变流器控制的交互。
算例仿真测试
对光伏发电平均化标准模型分别进行了环境条件随机变化测试和高低压穿越测试。
环境条件随机变化测试结果
光伏电池单元的额定辐照度、温度分别为1000W/m²、25°C。环境条件随机变化测试中，设置初始辐照度、温度均等于其额定值。辐照度、温度在5s时开始随机变化，变化频率均为1Hz，仿真结果如下图所示。
辐照度/温度随机变化频率为1Hz，环境条件发生变化时，有功功率随着环境的变化而发生变化。
高低压穿越测试结果
按照国标要求进行高低压穿越测试，测试结果如下列各表所示（✓代表穿越成功，×代表穿越失败）。
| SCR=2 | SCR=1.5 | SCR=1 | |
|---|---|---|---|
| 穿越情况 | ✓ | ✓ | × |
由上表测试结果可以看到，光伏发电平均化标准模型可在短路比≥1.5时，在高低压穿越测试中穿越成功。
以下为SCR=2时，光伏发电平均化标准模型在三相20%Un跌落、三相130%Un抬升工况下的仿真结果。其中，蓝色曲线为光伏发电模型并网点电压、黄色曲线为光伏发电模型并网点处有功功率、红色曲线为光伏发电模型并网点处无功功率。
由仿真结果可以看到，光伏发电平均化标准模型在电网电压跌落、抬升期间，输出有功、无功功率能够按照故障电压穿越能力的要求响应电压变化，且并网点电压能够在故障切除后恢复至初始状态，表明光伏发电平均化标准模型穿越成功。
附：修改及调试日志
- 20250421-20250422 基于光伏发电快速详细标准模型，搭建相应的平均模型
- 搭建boost平均化等值电路、变流器平均化等值电路，相应修改最大功率点跟着控制模块、变流器控制模块中输出的控制信号
- 进行环境条件随机变化、并网点电压变化的测试，验证光伏发电平均化标准模型的正确性
- 20250424 整理优化模型参数组、变量名称
- 20250506 修改boost电路平均化方法，具备DCM、CCM工作模式
- 20250516 调试、优化boost电路平均化电路控制信号输出模块
- 20250521
- 对比测试发现统一开关平均化（DCM、CCM）与功率平衡法平均化的区别很小，因此修改回简单的功率平衡法平均化
- 完善电压穿越相关控制参数组的标准化命名