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摘要：目前我国的光伏市场仍是以集中式为主，直至2014年分布式光伏电站仅占总累计光伏电站的17.62%。考虑到中国适合于集中发电的土地资源区域与用电地区的分布十分不均匀，因此分布式发电更适合于所发电力的消纳。文章光伏发电系统及其光伏技术光伏发电模型在电力系统稳定分析中的应用进行了分析。
关键词：光伏发电系统；建模；稳定分析；模型；电力系统
中图分类号：TM615．2
1光伏发电系统的建模
1.1光伏发电系统结构
光伏发电可分为集中式发电与分布式发电两种方式。光伏发电系统一般结构如图所示，其组成通常包括光伏阵列、逆变器和控制器等模块等。
一个系统所建的数学模型必须与所研究系统表征的特点与特性相一致，数学模型一般表述为微分方程、差分方程、代数方程组合。在光伏系统建模中，结合分析问题角度，集中式光伏发电系统建模研究，重要是针对大规模光伏并网带来的一系列稳定分析、电力系统规划等方面的问题；分布式发电建模研究，重要是针对在配电系统或微电网中光伏发电并网带来的电能质量等方面的问题。在建模方法上，光伏建模可分为两类。其一，机理建模方式，根据光伏发电系统组成的元件反映内在机理，建立元件数学模型，利用物理学定律建立光伏发电系统的整体数学模型，如小信号模型、等值电路模型、状态空间平均模型、详细时域仿真模型等；其二，混合建模方式，即在元件内在机理建模的基础上，对某些复杂的网络元件，如逆变器的外特性建模，即保持建模对象的外特性不变，又对其内部结构可做简化处理，重要考虑其外部整体特性，如开关函数模型、受控源模型、等效二端口模型等。
1.3光伏发电系统稳定分析模型研究进展
1.3.1光伏体系功率静态模型
光伏发电体系输出有功功率模型以光伏阵列输出功率为基础，光伏阵列的有功功率数学PA描述为
上式中描绘了光伏阵列输出功率与输出电压之间的联系。一般光伏体系输出有功功率是经过MPPT控制获得，即，在的条件下，它的数学描绘为
光伏发电体系的输出无功功率的数学模型从两种视点进行描绘，其一，依据已知并网点的电压与逆变器直流侧的电压电流来推导出输出无功功率Qac的数学模型；其二，使用dq0旋转坐标系直接推导出无功功率的数学模型，其一般方式为
式中：Vgrid为电网侧电压，IL为逆变器的输出电流，m为逆变器调制指数，δ为逆变器调控相角。
1.3.2光伏体系动态模型
树立光伏体系动态模型，一般假设逆变器直流侧(光伏电池组件、逆变器的直流环节和电压调理器等)的动态做法被忽略，首先考虑逆变器的沟通侧部分，因而，在描绘光伏发电体系的动态做法时，动态模型的一般方式为
式中：VPV为dc－dc变换器侧的电压，IPV为dc－dc变换器侧的电流，Vdc为逆变器沟通侧的电压，Idc为逆变器沟通侧的电流。现在，依据不同的分析使用场景，树立了等效二端口模型、小信号模型、开关函数模型、受控源模型等光伏体系的动态模型。
1.3.3光伏体系仿真模型
光伏体系仿真模型包含受控主体模型与控制模型，其控制模型首先包含MPPT控制模型与逆变器控制模型。该模型在光伏体系并网研讨中被广泛使用，其中心器材逆变器模型结构如图所示。
输送到电网的有功功率是光伏阵列输出的最大的有功功率，无功功率是经过调控逆变器的控制因子而完成无功功率的输出。逆变器控制模型包含无功功率控制模型和电气控制模型。
2光伏发电模型在电力系统稳定分析中的应用
2.1潮流计算
在电力体系潮流计算中，常将光伏电源等效为PV节点或PQ节点。提出了将光伏发电体系的功率模型与电力体系潮流计算交替迭代求解的办法，并将光伏发电体系看作是PQ节点，使用该办法能够得到某一时段内全部网络的潮流分布，可是没有考虑到光伏发电体系的随机性、波动性与间歇性。
2.2电压稳定分析
光伏发电体系一般在以下三个方面影响电力体系电压稳定：一是并网后光伏发电体系无功支持能力较弱；二是有功功率输出的随机波动将会影响到电网无功平衡特性；三是改动电力网络的网架结构。
2.3功角稳定分析
2.3.1小信号稳定
小信号稳定即小干扰稳定，是指体系受到负荷随机波动、体系参数的缓慢改变等小干扰后坚持体系同步运行的能力。电力体系小信号分析中，一般采用办法是特征值分析法。因而，在树立含光伏源的电力体系小信号稳定模型时，采用了适于稀少矩阵特征值算法的增广状态方程，其中发电机、光伏发电体系、调理器等动态元件用微分方程描绘，而输电线路等静态元件用代数方程描写。
2.3.2暂态稳定
电力体系暂态稳定是指电力体系运行于某个状态下突然发生诸如短路故障、冲击负荷等大干扰时，电力体系经过暂态进程坚持稳定同步运行的能力。光伏体系的暂态做法能够描绘为两种情况，一是当体系受到大干扰的影响时，继电保护方案致使光伏体系突然与大电网断开或封闭逆变器，在这种情况下断开的光伏体系在干扰时期会对电力体系的暂态稳定产生严重影响；二是存在于在低电压穿越进程中的瞬态做法，对电网产生很大的影响乃至破坏电力网络。
结束语
太阳能资源具有分散、能量密度低的特点，因此光伏发电本身就具有分布式发电的天然优势。在光伏技术方面，正在不断地探索适用于分布式光伏发电的新型电池结构和特种材料。在鼓励政策不断出台和融资、建设、运维、经营模式不断创新的基础上，相信中国的分布式光伏发电一定能出现巨大的发展。
参考文献
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