配電網(wǎng)中的分布式光伏系統(tǒng)發(fā)電性能仿真

配電網(wǎng)中的分布式光伏系統(tǒng)發(fā)電性能仿摘要：近年來，我國相繼出臺(tái)了相關(guān)政策，推動(dòng)分布式光伏系統(tǒng)的發(fā)展。在各種政策法規(guī)驅(qū)動(dòng)下，分布式光伏系統(tǒng)發(fā)展迅速。關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；分布式光伏系統(tǒng)；發(fā)電性能；仿真在光伏發(fā)電補(bǔ)貼政策影響下，分布式光伏系統(tǒng)的運(yùn)行性能和發(fā)電量已成為各方關(guān)注的焦點(diǎn)。分析分布式光伏系統(tǒng)運(yùn)行性能和發(fā)電量的關(guān)鍵是建立更詳細(xì)的光伏系統(tǒng)發(fā)電性能仿真模型?；诖耍疚脑敿?xì)探討了配電網(wǎng)中的分布式光伏系統(tǒng)發(fā)電性能仿真。一、分布式光伏系統(tǒng)原理與分析1、運(yùn)行原理。分布式光伏發(fā)電是分布式電源的一種表現(xiàn)形式。國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《關(guān)于分布式發(fā)電源并網(wǎng)服務(wù)工作意見》中定義了分布式光伏。分布式光伏系統(tǒng)的每個(gè)組件形成經(jīng)串聯(lián)形成光伏組串，多個(gè)光伏組并聯(lián)后形成光伏陣列，接入光伏逆變器直流側(cè)。光伏陣列將太陽輻射轉(zhuǎn)換為直流電，通過光伏逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，然后通過變壓器接入配電網(wǎng)。此外，分布式光伏發(fā)電作為新能源發(fā)電的一種，其安裝成本低、建設(shè)周期短無噪聲，無污染排放、調(diào)峰性能好，操作簡單，啟停快速，便于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)；可就地發(fā)供電，在意外故障發(fā)生時(shí)可繼續(xù)供電，是集中供電不可缺少的重要補(bǔ)充；所發(fā)電力可滿足用戶基本用電需求，并且輸配電損耗低，無需建配電站，降低或避免了附加的輸配電成本，能有效減小線路損耗、提高系統(tǒng)可靠性；由于系統(tǒng)相互獨(dú)立避免了發(fā)生大規(guī)模停電事故，安全性高；作為一種清潔能源可減小環(huán)保壓力。2、發(fā)電性能評(píng)價(jià)指標(biāo)1） 理論發(fā)電時(shí)長。其通常用Y表示，定義為分布式光伏陣列表面輻射量與rSTC條件下使用的輻照度之比，也稱為傾斜面峰值日照時(shí)數(shù)Y=r-r式中：H為測試期間分布式光伏陣列表面總輻照，kW?h/m2；G是在STC條A STC件下使用的光伏組件測試輻照度，其為一恒定值1kW/m2。理論發(fā)電時(shí)數(shù)可用于評(píng)估光伏電站建設(shè)區(qū)輻照資源。此外，由于Yr采用光伏陣列傾斜面輻照量，因此還可評(píng)估光伏陣列傾角引起的系統(tǒng)損耗。2） 實(shí)際滿發(fā)時(shí)長。它用Y表示，定義為測試時(shí)間段內(nèi)，分布式光伏系統(tǒng)交流f側(cè)發(fā)電量與系統(tǒng)額定裝機(jī)容量比值，即Y=■-式中：Eac為分布式光伏系統(tǒng)并網(wǎng)電量，kW?h/m2；P為分布式光伏系統(tǒng)裝機(jī)0容量，kW。該指標(biāo)將光伏系統(tǒng)發(fā)電量按裝機(jī)容量進(jìn)行小時(shí)化，即光伏電站以標(biāo)稱功率進(jìn)行發(fā)電時(shí)長，利用該指標(biāo)可比較不同地區(qū)不同裝機(jī)容量光伏電站的發(fā)電持續(xù)時(shí)間理論滿發(fā)時(shí)長Y是根據(jù)當(dāng)?shù)剌椪諚l件估算光伏系統(tǒng)發(fā)電時(shí)長，而實(shí)際滿發(fā)時(shí)r長Y根據(jù)光伏系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)電量計(jì)算。f3）光伏系統(tǒng)PR值。PR值經(jīng)比較光伏系統(tǒng)Y和Y,最終得到效率百分?jǐn)?shù)，如fr下式。光伏系統(tǒng)PR值能反映光伏系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，因設(shè)計(jì)（如傾角、逆變器與光伏陣列匹配、光伏陣列方位角、玻璃透射率、線纜損耗等）與周圍環(huán)境（如當(dāng)?shù)貧夂?、積塵損耗、組件衰減等）造成的光伏系統(tǒng)發(fā)電量損失。PR=；二、光伏系統(tǒng)效率建模

1、光伏組件模型。它通常為非顯式模型，難以求解?？紤]到模型的準(zhǔn)確性、可靠性和適用性，在光伏系統(tǒng)效率建模中，選擇以下工程模型，即I-^.[expI-^.[exp式中：Isc是組件被測短路電流，A；U是組件被測電壓，V；W、W是模型中12待定系數(shù)；Uoc是組件被測開路電壓。在計(jì)算中，該工程模型利用光伏組件在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的性能參數(shù)，直接計(jì)算光伏組件各點(diǎn)電壓和電流，避免了傳統(tǒng)非顯式組件模型在計(jì)算中由于迭代而產(chǎn)生的大量計(jì)算。2、逆變器效率模型。為了評(píng)價(jià)光伏逆變器戶外運(yùn)行性能的測試結(jié)果，對光伏逆變器效率測試值進(jìn)行回歸分析，采用Mistcherlich非線性回歸模型進(jìn)行建模。光伏逆變器的效率模型可表示為張一對+為嚴(yán)’式中：n為光伏逆變器效率；P為光伏逆變器直流側(cè)功率，kw；b、b、bIn dc 1 2 3是回歸模型待定系數(shù)。3、分布式光伏系統(tǒng)效率損失模型陰影遮擋模型。根據(jù)光伏組件模型和遮擋，建立組件陰影遮擋模型。在不考慮溫度影響情況下，組件短路電流與其表面輻照成正比。根據(jù)這一思路，按光伏組件短路電流大小重排組件標(biāo)號(hào)，即I、i???i,其中，I是最大短路sc1sci scn sc1電流，I是最小短路電流。由這些組件串聯(lián)而成光伏組串，則該組串開路電壓為scn每個(gè)組件開路電壓(U)之和，然后求得該串光伏組串開路電壓oci短路電流為I短路電流為I的光伏組件對應(yīng)的單個(gè)組件總模擬長為k,為了實(shí)現(xiàn)光伏組sci i串的模擬，可將不同步長的光伏組件用0值填補(bǔ)。當(dāng)光伏組串端口電壓從0變?yōu)閁變時(shí)，選擇每個(gè)電壓點(diǎn)對應(yīng)的最大電流值作為該點(diǎn)的光伏組串輸出電流，以ocall獲得光伏組受陰影遮擋時(shí)對外I-V特性曲線，將電壓乘以對應(yīng)點(diǎn)處的電流，即為光伏組串受陰影遮擋時(shí)對外P-V特性曲線。電纜損耗模型。光伏發(fā)電系統(tǒng)不同部件間的連接電纜不同，選擇時(shí)應(yīng)有不同的選型考量。在線纜損耗模型中，n種直流電纜光伏發(fā)電系統(tǒng)的線損功率可表示為式中：「是光伏發(fā)電系統(tǒng)直流線損，kW；I為第i段直流線路電流，A；Ri i為第i段直流線路電阻，Q。積塵損耗模型。分布式光伏系統(tǒng)在運(yùn)行中，由于環(huán)境中的煙塵、風(fēng)沙等因素，組件表面會(huì)產(chǎn)生積塵，降低光伏電站整體性能和效率。受積塵類型、當(dāng)?shù)仫L(fēng)資源和降雨等因素影響，目前還未較實(shí)用的陣列表面積塵模型?？赏ㄟ^現(xiàn)場測試確定陣列積塵損耗系數(shù)，以確定積塵對電站運(yùn)行性能衰減程度。目前，光伏組件積塵模型為汗遠(yuǎn)=1Lj式中：H為光伏組件表面輻照度，W/m2；L 是積塵損耗系數(shù)。t soiling玻璃透射率損失模型。光伏組件玻璃透射率模型是指太陽光通過光伏組件表面玻璃照射到光伏電池上時(shí)，因玻璃折射造成的損耗。在不同入射角Gs下，光伏組相對透過率FT(0s)模型為BFT(0s)=l-b(^7-1)B 0式中：b為波茲曼常數(shù)，通常默認(rèn)為：0.04。04、光伏系統(tǒng)效率模型。在建模中，通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定模型中的待定系數(shù)，能有效提高模型的精確度。本文通過光伏組件和光伏逆變器的現(xiàn)場試驗(yàn)，確定了模型的相關(guān)待定系數(shù)。三、仿真與驗(yàn)證針對配電網(wǎng)的某分布式光伏系統(tǒng)的發(fā)電性能進(jìn)行了仿真分析。該光伏發(fā)電系統(tǒng)總裝機(jī)容量為50kW，由171塊310W光伏組件及1臺(tái)50kW光伏逆變器組成。1、 光伏發(fā)電系統(tǒng)模型參數(shù)確定1） 光伏組件模型參數(shù)。利用現(xiàn)場I-V曲線測試儀，選擇5塊光伏組件進(jìn)行測試，將測試結(jié)果轉(zhuǎn)換為STC（即標(biāo)準(zhǔn)測試條件）條件，取其平均值，得到光伏組件模型參數(shù)。2） 光伏逆變器模型參數(shù)。根據(jù)逆變器長期運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)和逆變器出廠參數(shù)，采用Mistcherlich非線性回歸模型對光伏逆變器的效率進(jìn)行回歸建模，利用SPSS軟件建立回歸系數(shù)方程的標(biāo)準(zhǔn)差和置信區(qū)間。3） 光伏系統(tǒng)損耗模型參數(shù)。利用分布式光伏系統(tǒng)建設(shè)圖紙，結(jié)合光伏組件陰影遮擋模型，計(jì)算分布式光伏系統(tǒng)陰影損耗參數(shù)；在分布式光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)可行性研究報(bào)告中，可利用當(dāng)?shù)貧夂蛱崛」夥到y(tǒng)的其它損耗參數(shù)。2、 發(fā)電性能仿真結(jié)果。利用確定的光伏組件、光伏逆變器模型參數(shù)和光伏電站主要損耗參數(shù)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩砗蜌庀笮畔?，可獲得分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的年月運(yùn)行性能。該區(qū)域分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的等效滿發(fā)時(shí)長Y與發(fā)電量趨勢一致，夏季高，f冬季低，而光伏電站的PR則冬季高，夏季低，其原因是單一PR指標(biāo)受現(xiàn)場環(huán)境溫度的影響。對于不同地區(qū)、不同容量的光伏發(fā)電系統(tǒng)，可通過比較各月、年P(guān)R值來比較每個(gè)電站的發(fā)電效率；通過比較各月、年的Y值，可比較每個(gè)光伏系統(tǒng)f在當(dāng)?shù)厥褂霉庹召Y源能力的高低。四、結(jié)論通過對基于配電網(wǎng)的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)關(guān)鍵部件的效率模