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新能源生产厂家有太阳就能发电高品质A级质量太阳能板
电性能参数 XTL260-24
最大功率（Pmax） 260W
最佳工作电压（Vmp） 34.4V
最佳工作电流（Imp） 7.55A
开路电压（Voc） 43.2V
短路电流（Isc） 8.55 A
短路电流温度系数 （0.065±0.015）%/℃
开路电压温度系数 -（80±10）mV/℃
峰值功率温度系数 -（0.5±0.05）%/℃
NOCT 47±2℃
工作温度 -40℃ 至 85℃
最大系统电压 1000V DC
输出功率公差 ±3%
STC：辐射度1000W/m2，组件温度25℃，AM=1.5。
特点及优势
? 24V直流电压稳定输出；
? 高转换率、高效率输出；
? 卓越的弱光效应；
? 采用高透光率优质钢化玻璃；
? 独特工艺使组件美观坚固抗风雪，安装方便；
? 特有的技术避免框架内积水冻结和变形；
? 可根据客户需求专门设计，单独包装；
? 25年输出功率保证
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特性
规格 XTL260-24
电池 多晶硅电池晶片
电池片数量和排列方式 72（6×12）
组件尺寸 1950mm×992mm×50mm
重量 25kg
注：规格如有更改不再另行通知。
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专业生产各种家用太阳能电池板，根据客户的需求，生产出符合客户需求的太阳能电池，家用太阳能电池板等产品，本产品经过ROHS,CE等产品认证，产品可以出口到国外，本公司产品从0.5W-300W均有生产.可按您的要求量身订做。产品广泛运用到，太阳能玩具，太阳能草坪灯，太阳能庭院灯，太阳能路灯，太阳能发电系统等方面，也满足广大客户对不同产品的需求
大型并网光伏发电系统稳态模型与潮流分析
摘 要: 大型集中式并网光伏电站对区域电网稳态性能具
有不可忽视的影响, 该文研究了光伏并网发电系统的稳态模
型和潮流分析方法。系统稳态模型基于电力电子变换原理和
功率平衡原理建立, 并考虑了最大功率跟踪( MPPT ) 控制策
略。通过模型与光伏电站实测数据的对比, 验证了模型准确
性。利用该模型与电网潮流计算方法的交互, 可评估光伏电
站和电网在稳态性能方面的相互影响。在IEEE 30 测试系统
上分析了并网光伏电站的极限安装容量及对电网稳态性能
的影响, 结果表明现场太阳辐射条件是制约并网光伏电站极
限容量的一个重要因素, 大型集中式并网光伏电站对电网损
耗和电压分布等稳态性能带来不同程度的影响。
关键词: 集中式并网光伏电站; 稳态模型; 潮流分析
Steady-state power flow analyses of
large-scale grid-connected photovoltaic
generation system
WANG Yibo, WU Chunsheng, LIAO Hua, XU Honghua
( Institute of Electrical Engineering, Chinese Academy of
Sciences, Beijing 100080, China)
Abstract: T he impact of large-s cale centralized ph ot ovolt aic ( PV )
pow er st ations on the st eady perform ance of regional pow er g rids can
not b e ignored . Th is paper pr esents both a st eady-st at e model and a
pow er flow analysis of grid-connect ed ( GC) PV generation systems
( GS) . T he st eady-st at e m odel is based on power electronic
tran sf orms and an inst ant aneous pow er balan ce, in conju nction with
a maximu m pow er poin t tracking strat egy. T he model accuracy w as
verified by com paris on w ith meas ured dat a from an actual s yst em .
T he model can be us ed w ith a traditional pow er fl ow analysis t o
assess th e st eady-st at e im pacts of the PV system on the grid. T he
IEEE 30 s yst em w as used t o an al yze th e maximu m capacit y of the
PV syst em and its impact on th e st eady grid perf ormance. T he
on-sit e solar irradiation is an import an t f act or constrain ing the
maximum capacit y with the large-s cale centralized PV s yst em
aff ecting th e grid l osses an d the volt age profile t o diff erent degrees.
Key words: centralized gr id-connect ed PV pow er st ation ;
stead y-st at e model; pow er flow analysis
大型集中式并网光伏电站是一种重要的光伏发
电形式。进入21 世纪后, 世界各国相继涌现出众多
兆瓦级的集中式并网光伏电站, 建设百兆瓦级甚至
吉瓦级并网光伏电站的计划也呼之欲出
[ 1]
, 中国也
制定了在西藏、内蒙古等西部省份建设兆瓦级集中
式并网光伏电站的计划。大型并网光伏电站已成为
现今世界光伏发电的重要发展方向之一。
大型集中式并网光伏电站将对电网电压分布、
功率传输、网络损耗等稳态性能带来不可忽视的影
响
[ 2- 3] 。在进行并网光伏电站对区域电网的稳态影
响分析时, 朴素的方法是将光伏电站看作有功功率
时变、无功功率为零的PQ 节点, 这种方法能够获得
光伏电站对电网状态的影响, 但是无法得到光伏电
站自身的状态。通过为并网光伏发电系统建立数学
模型, 并与电网潮流计算交替求解, 能够获得光伏发
电系统和电网两方面的状态信息, 从而较全面地评
估大型光伏发电系统并网运行的稳态性能。目前, 并
网光伏发电系统数学模型主要包括基于光伏阵列特
性的模型
[ 4]、基于特定并网逆变器结构的模型
[ 5] 和
光伏系统整体模型
[ 6] 。其中, 光伏系统整体模型由光
伏阵列和逆变器等组件模型有机结合而成, 同时各
组件模型进行了合理地近似, 从而整体模型受具体
组件结构的影响较少, 且具备了较高的精度, 适合与
潮流计算相结合。
本文研究了并网光伏发电系统的整体稳态模型
以及与潮流计算交替迭代的方法。基于电力电子变
换原理和瞬时功率平衡原理, 并在考虑控制策略影
响后, 可建立并网光伏系统的整体模型。进而, 用西
藏羊八井光伏电站的实测数据进行模型验证, 并在
IEEE 30 节点系统上分析了大型集中式并网光伏电
站的极限安装容量及对电网稳态性能的影响。
1 模型描述
基于电力电子变换器并网的三相光伏并网发电
系统主要由光伏阵列、逆变桥和交流电路3 部分组
成, 系统组成结构如图1 所示。图中, UPV和I PV为光
伏阵列输出电压和电流; U
·
i* 和 I
·
i* 为逆变桥输出交
流电压相量和电流相量, 下标A 、B、C 分别表示A、
B、C 三相; U
·
g* 和 I
·
g* 为并网点电压相量和电流相
量; M 和分别为逆变桥幅值调制比和移相角。交
流电路包括滤波器和升压变压器, L f 和Cf 是滤波电
感和电容, RT、X T、GT 和 BT 分别是升压变压器
形等值电路的电阻、电抗、电导和电纳。
图1 三相光伏并网发电系统组成结构图
1. 1 光伏阵列
光伏阵列模型表示为5 参数模型:
I PV = N pp I L - I o ex p
UPV
N sN ss
+
I PV R s
N pp
a
- 1
-
UPV
N sN ss
+
IPV Rs
N pp
R sh
,
P PV = UPVI PV .
( 1)
式中: UPV、I PV和P PV分别为光伏阵列输出电压、电
流和功率; N s 是单个光伏组件中光伏电池的串联
数; N ss为光伏组件的串联数; N pp为光伏组件串的
并联数。该模型还有5 个参数, 分别为光电流I L、二
极管反向饱和电流I o、理想因子a、串联电阻Rs 和并
联电阻Rsh。通常, 光伏组件厂商给出了标准额定条
件( SRC) 下的运行参数, SRC 特指太阳辐照度
1 kW/ m
2
, 电池表面温度 25℃, 相对大气光学质量
AM 1. 5 的条件。由出厂参数可得5 个参数的SRC 参
考值, 任意条件下的模型参数可在参考值基础上获
得
[ 7] 。
如果并网控制逆变器使用了最大功率跟踪
( MPPT ) 控制策略, 则光伏阵列可运行在最大功率
点( M PP) , MPP 点的光伏阵列电压和电流应满足
以下非线性方程:
I PV
N pp
+
UPV
N sN ss
- I oRshex p
UPV
N sN ss
+
I PV Rs
N pp
a
- a
aR sh + I oRsRshexp
UPV
N sN ss
+
I PV Rs
N pp
a
+ aRs
= 0.
( 2)
1. 2 逆变器
逆变器包括逆变桥和交流电路2 部分。为了便
于计算, 交流电路进行了等值变换, 图2 为变换后的
一相 型等值电路。
图2 逆变器交流电路的 型等值电路
假定图1 中逆变桥为理想三相半桥式逆变电路
且采用正弦波脉宽调制( SPWM ) , 并忽略逆变损耗
和谐波分量, 那么由瞬时功率平衡关系和SPWM 原
理可得出:
U
i = Ui∠=
2
4
MUPV∠, ( 3)
Pi = P PV = 3UiIi . ( 4)
式中: Pi 为逆变桥输出的三相交流有功功率, 稳态
情况下等于光伏阵列的输出功率PPV。
式中: Qi 为逆变桥输出的三相无功功率; P g 和 Qg
分别为注入并网点的三相有功功率和无功功率。
1. 3 控制策略
光伏并网系统通常采用 MPPT 策略并输出单
位功率因数, 这可以通过调整逆变器调制比M 和移
相角来实现。依据该控制策略, 可先由方程( 1) 和
( 2) 确定光伏阵列的M PP 点电压UPV和功率PPV , 再
取注入并网点的无功功率Qg= 0, 其余6 个变量由式
( 3) ～( 8) 得出。
1. 4 约束条件
光伏发电系统运行参数应满足如下约束条件。
1) 容量约束: 系统输出视在功率应不大于额
定功率SN , 也可转化为对无功功率的约束条件
Q
2
g ≤ S
2
N - P
2
g . ( 9)
2) 电压约束: 直流母线电压和交流并网点电
压在正常运行允许范围以内。
3) 调制比 M: 取决于逆变器调制方式, 传统
SPWM 方式的M 取值范围为 0～1, 某些特殊调制
方式的M 可大于1。
1. 5 电网潮流计算
光伏并网发电系统各状态变量由现场天气条件
和电网状态共同决定, 同时大量光伏发电功率注入
电网也会影响电网功率分布和电压分布。通过交替
求解并网光伏系统模型与电网潮流计算, 可全面评
估光伏电站和区域电网的稳态性能。图3 显示了光
伏并网发电系统模型与电网潮流计算的交替迭代流
程图, 图中 Qpr e为 PQ 节点预定的无功功率, Upr e为
PV 节点预定的电压幅值。当光伏电站采用M PPT
策略并输出单位功率因数时, 电站可看作Qg= 0 的
PQ 节点参与潮流计算。
图3 并网光伏系统模型与潮流计算的交替迭代流程图
2 模型验证
本文以西藏羊八井 100 kW p 并网光伏电站为
对象, 进行实测数据和模型数据的对比研究。该电
站的光伏组件额定容量为100 kWp, 固定式安装,
光伏阵列倾角23°, 朝向正南方偏东18°。电站配备了
一台150kW 并网逆变器, 执行M PPT 策略并输出单
位功率因数。在Matlab 中编制了仿真程序, 假定所
有光伏组件都完全相同, 在SRC 条件下的光伏阵列
模 型参数为 I L = 4. 085 A, I o = 70. 08 #A, a =
0. 039 2, Rs= 0. 005 3 ∃ , Rsh= 2 750 ∃ , N s = 72,
N ss = 11, N pp = 56, UPV, mpp = 385 V, UPV, mpp 是在
SRC 条件下的光伏阵列M PP 电压。150 kW 逆变器
交流电路模型参数为z 12= 0. 089 ∃ , z 13= 91. 29 ∃ ,
z 23= 12. 46 ∃ , !12 = 87. 09°, !13= - 65. 89°, !23=
- 82. 50°, UgN = 110 V , UgN 是并网点电压额定值,
折算到逆变器输出变压器低压侧。
图4a 为10 月某日实测23°倾斜面太阳辐照度曲
线和光伏阵列表面温度曲线。辐照度曲线为上凸曲
线, 全天变化比较平滑, 在北京时间13: 28 时出现峰
辐照度 1. 01 kW/ m
2。光伏阵列表面温度早晚时较
低, 中午时较高。
图4b 是光伏电站输出有功功率的实测曲线与
仿真曲线, 两条曲线变化趋势基本一致, 仿真曲线略
高于实测曲线。出现仿真值偏高的主要原因在于光
伏阵列5 参数模型仍然是一种理想模型, 光伏组件
现场实际运行中的转换效率要小于理想转换效率,
另外光伏阵列表面覆尘也可能是原因之一。逐点计
算模型相对误差, 可得相对误差在2. 2%～6. 9% 之
间变化, 仿真值偏高引起的固有误差约为4%, 早晨
王一波, 等: 大型并网光伏发电系统稳态模型与潮流分析 1095
和傍晚时仿真误差略大, 中午时偏小。出现该趋势的
主要原因在于实际逆变器在早晨和傍晚的输出功率
比中午的输出功率低得多, 逆变器效率在早晚低功
率时的运行效率降低较多, 逆变器相对损耗也较大,
而仿真中为使模型简洁、仿真时间缩短, 没有考虑逆
变器损耗, 从而带来仿真误差。
图4c 是光伏阵列电压的实测曲线与仿真曲线,
两条曲线变化趋势基本一致, 仿真曲线也略高于实
测曲线, 光伏阵列电压相对误差小于3. 2% 。误差起
因也主要在于采用了理想光伏组件模型。
图 4 晴天条件的模型计算值与实测值
3 含光伏电站的电网潮流计算
IEEE 30 系统是一个负荷容量较小的电网测试
算例, 总负荷为 283. 4 M W, 最高电压等级为 132
kV, 其特点与中国西部地区某些电网比较相似, 本
文IEEE 30 系统参数出自文[ 8] 。假定光伏电站集中
接入 IEEE 30 系统的节点22, 潮流计算采用标幺
值, 基准容量100 MVA , 基准电压取额定电压, 标幺
值单位为per unit( 简写为p. u. ) 。
光伏电站出力取决于光伏电站容量和太阳辐射
条件, 同时又影响着电网电压、线路功率、平衡电厂
出力等。在满足电网静态安全约束条件下, 光伏电站
极限安装容量指在任意现场辐射条件下均不引起电
网静态安全约束条件越限的光伏电站组件最大容
量。本文考虑节点电压约束、线路容量约束和发电机
容量约束等电网静态安全约束, 约束值参考文[ 8] 。
假定现场太阳辐照度在0～1. 3 kW/ m
2 之间均匀变
化, 节点22 光伏电站组件容量以100 kWp 为单位递
增, 逆变器容量取光伏阵列容量的1. 5 倍, 同时交替
求解并网光伏发电系统模型与电网潮流计算, 算法
按图3 所示。由此得出, 节点22 的光伏电站极限容量
为12. 3 MW p, 越限情况为太阳辐照度 1. 3 kW/ m
2
时, 光伏电站出力达到15. 8M W, 此时节点9 的电压
逼近上限。通常, 地表辐照度峰值达到 1. 3 kW/ m
2
的情况非常少见, 即使辐射条件极好的西藏羊八井
地区, 地表辐照度峰值也仅在1. 2kW/ m
2 左右。如果
保持IEEE 30 电网条件不变, 太阳辐照度峰值小于
1. 3 kW/ m
2
, 则光伏电站出力若要达到 15. 8 M W
时, 光伏电站极限容量必须大于12. 3 MWp。因此,
在相同电网条件下, 太阳辐射条件较差地区的光伏
电站极限容量将会较大, 光伏电站极限安装容量与
现场辐射条件紧密相关。
光伏电站容量取 12. 3 MWp, 太阳辐照度在
0. 2～1. 3 kW/ m
2 之间均匀变化, 图5 显示了典型节
点的电压变化曲线。图中, U9、U22和U30分别为节点
9、光伏电站并网节点22 和电网末端节点30 的电压
幅值标幺值。U9、U22和U30随着辐照度升高而升高,
U9 由于初始电压水平较高, 当辐照度达到 1. 3 kW/
m
2 时, U9 达到了上限值1. 05 p. u. 。比较辐照度变
化过程中各节点最大电压与辐照度为零的情况,
U22最大升高0. 66% ; U9 最大升高0. 19%, U30最大
升高仅0. 04%, U22受辐照度影响最大, U30受辐照
度影响最小。由此可知, 太阳辐照度的大幅变化导致
了光伏电站有功出力大幅变化, 从而给电网电压分
布带来一定影响, 并网点电压通常受影响最大, 距离
并网点较远的节点受影响也较小。
图 5 电网典型节点的电压变化曲线
1096 清 华 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版) 2009, 49( 8)
图6 显示了太阳辐照度在0. 2～1. 3 kW/ m
2 范
围内均匀变化, 12. 3 MW p 光伏电站容量电网有功
损耗的变化曲线。由图可见, 电网有功损耗也间接受
到辐照度的影响, 其数值随辐照度升高而下降。在不
计光伏电站的条件下, 系统总损耗为5. 8 M W; 当辐
照度达到 1. 3 kW/ m
2 时, 光伏电站出力 15. 8 M W,
总损耗为5 MW , 比原系统损耗降低了13. 8%。网损
降低的原因在于光伏电站接入点距离负荷较近, 能
够就近满足负荷电力需求, 同时也减少了电源的远
距离输电量, 降低了输电损耗。
图 6 电网有功损耗变化曲线
4 结 论
本文基于电力电子变换原理和功率平衡原理,
同时结合特定的控制策略, 建立了并网光伏发电系
统稳态模型, 并提出该模型与电网潮流计算的交替
迭代算法, 用西藏羊八井光伏电站实测数据进行验
证并在IEEE 30 测试系统上进行了分析, 主要结论
如下:
1) 模型能够比较准确地模拟光伏并网发电系
统的稳态特性, 仿真误差主要在于采用了理想光伏
组件模型和未考虑逆变损耗;
2) IEEE 30 系统算例表明, 本文模型能够与潮
流计算交替求解分析并网光伏电站的稳态影响以及
极限容量, 在相同电网条件下, 太阳辐射条件较差地
区的光伏电站极限容量将会较大, 光伏电站极限安
装容量与现场辐射条件紧密相关;
3) 太阳辐照度的大幅变化导致了光伏电站输
出有功功率大幅变化, 从而给电网电压分布带来一
定影响, 并网点电压通常受影响最大, 距离并网点较
远的节点受影响也较小;
4) 当光伏电站并网点距离负荷较近, 能够就近
满足负荷电力需求, 同时也减少了电源的远距离输
电量, 降低了输电损耗。
