CN103715719B - 一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，对光伏发电模块进行建模，在中长期过程中温度和光照强度因素具有波动性和不确定性的特点本发明考虑了这两个因素的变化对光伏发电的影响，提出电力系统全过程动态仿真的光伏最大功率跟踪模型的实现方法。该模型利用最大功率点跟踪控制方法，根据光伏电源的伏安特性调整光伏电池板的工作电压，保证其工作在最大功率输出状态，以最大限度地利用太阳能，有效地提高了光伏发电的效率及性能。逆变器通过内环电流控制回路和外环电压控制回路有效地控制d轴和q轴的注入电流，实现了有功功率和无功功率的控制。整个模型满足电力系统机电暂态及中长期动态的全过程仿真要求。

Description

一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域的建模方法，具体涉及一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法。

背景技术

全过程动态仿真程序可以对电力系统机电暂态和中长期动态具有很好的仿真效果，在全过程动态仿真程序中对光伏发电系统进行详细建模，既可以反映其对暂态过程的影响，又能反映其对中长期过程的影响，建模工作具有十分重要的意义。

2005年以来，我国光伏产业发展迅速。2007-2010年，我国光伏电池产量连续4年居世界首位。2010年，国内新增光伏发电装机容量达到520MW，累计装机容量达到893MW。在未来的十年里我国将继续大力发展光伏产业，2015年的光伏发电装机容量达到14GW，2020年光伏发电装机容量达到50GW，2030年光伏发电装机容量将达到100-200GW。

光伏的迅速发展和大规模应用，对电力系统仿真提出了更高的要求。与光伏密切相关的源网协调技术研究和分析需要使用中长期动态仿真工具。例如：系统调频/调峰策略和提高系统动态电压稳定性等问题的研究。然而现有的光伏系统仿真主要集中在风光的电磁暂态(毫秒级)和机电暂态(秒级)稳定仿真分析方面，不能满足大规模风能和光伏发电随机波动性(分钟级)的研究需要。因此需要开发适用于全过程动态仿真的光伏系统模型。

现有的光伏模型多以单个光伏电池板的模型来等效整个光伏电站的模型，不能反映由非均匀光照等外界条件变化引起的光伏阵列的结构和参数的变化。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，该方法可以方便的考虑环境变量和控制方式的影响，模拟光伏电站的中长期动态特性，适用于电力系统机电暂态及中长期动态的全过程仿真。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：

(1)构建中长期环境温度持续波动模型，通过填卡片方式形成温度随时间的变化曲线；

(2)构建中长期光照强度持续波动模型，通过填卡片方式形成光照强度随时间的变化曲线；

(3)构建中长期非均匀光照分布模型，通过卡片方式形成光伏电站的阵列结构以及非均匀光照随时间的变化曲线；

(4)将步骤(1)、(2)和(3)得到的变化曲线输入到光伏电池阵列模型中，得到每一个仿真周期的光照强度、环境温度以及光伏电站阵列各电池板的非均匀光照参数，得到光伏电站阵列的等效UI曲线；

(5)将光伏电池阵列模型输出的电流I和电压U输入MPPT最大功率跟踪模型，通过计算得到变比N输出到DC/DC直流斩波器模型，并把直流侧参考电压输入到VSC电压源换流器模型；

(6)将步骤(4)和步骤(5)的电压U、电流I以及DC/DC变比N输入DC/DC直流斩波器模型，得到二次侧的直流电压U和直流电流I；

(7)将步骤(6)得到的直流电压U和直流电流I输入到VSC电压源换流器模型中，输出换流后的有功电流Id和无功电流Iq；

(8)将步骤(6)得到的直流电压U和步骤(7)得到的有功电流Id和无功电流Iq输入到VSC换流器控制模型，通过控制器得到VSC换流器的控制信号；

(9)将步骤(8)获得的控制信号输入到VSC电压源换流器模型中以实现内外环的电压电流控制。

进一步地，所述步骤(4)中，光伏电池阵列模型的数学模型解析表达式如下：

$I_L=I_{SC}\&lsqb;1-C_1\left(\exp \frac{U}{C_2{U}_{oc}}-1\right)\&rsqb;---<1>;$

<1>式中的参数C₁、C₂可以用一下公式表示：

$C_1=(1-I_m/I_{sc})\exp (-\frac{U}{C_2{U}_{oc}})---<2>;$

C₂＝(U_m/U_oc)/[ln(1-I_m/I_sc)] <3>；

其中：I_sc、U_oc、I_m、U_m分别表示短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压。

光伏电池板板体温度由环境温度和光照强度经过处理后得到，结合光照强度对光伏电池板温度的影响，采用温度补偿方式确定光伏电池板板体温度，表达式如下：

T_{光伏电池板}＝T_环境+K×S <4>；

其中：T_{光伏电池板}为光伏电池板温度，T_环境为环境温度，S为光照强度，K为系数。

进一步地，所述步骤(4)中，结合整个光伏电站的物理参数非均匀分布情况：

将型号相同且光照强度相近(光照强度偏差小于50mW/m³)的光伏并网发电单元通过倍乘等值为一个等值单元，计算等值单元的等值输入光照强度，并计算各光伏并网发电单元的等效注入电流I_di和I_qi，继而将各等值单元的等效注入电流合并，得到整个光伏电站的注入电流，表达式分别如下：

$\begin{array}{c}{I}_d=\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{N}_i\&times;I_{di}\\ I_q=\underset{j=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{N}_j\&times;I_{qj}\end{array}---<5>;$

其中：N_i、N_j分别表示对应于第i种或者第j种等效光照强度所对应的光伏发电单元数、M表示等效光照强度种类总数。

进一步地，所述步骤(5)中，在光伏电池阵列模型中考虑最大功率跟踪控制MPPT功能的三种实现方法：1)恒定电压法；2)扰动观察法；3)电导增量法。

进一步地，所述步骤(8)中，在VSC换流器控制模型的内环电流控制中采用解耦控制方法；

内环电流控制器的数学表达式如下：

$U_{cd}=U_{sd}-U_d^{*}+{\mathrm{\&Delta;U}}_q---<6>;$

$U_{\mathrm{cq}}=U_{\mathrm{sq}}-U_q^{*}-\mathrm{\&Delta;}{U}_d---,<7>;$

其中，ΔU_d＝ωLi_sd；ΔU_q＝ωLi_sq；U_cd和U_cq为VSC换流器交流侧电压基波的d轴、q轴分量；U_sd、U_sq分别为电网电压的d、q轴分量；i_sd、i_sq分别为电网电流的d、q轴分量；和采用下式的比例积分环节来实现：

$U_d^{*}=K_{P1}(i_{sdref}-i_{sd})+K_{I1}\&Integral;(i_{sdref}-i_{sd})dt---<8>;$

$U_q^{*}=K_{P2}(i_{sqref}-i_{sq})+K_{I2}\&Integral;(i_{sqref}-i_{sq})dt---<9>;$

在内环电流控制器中，存在交叉耦合项ωLi_d和ωLi_q，即公式中的ΔU_d和ΔU_q项；

VSC换流器交流侧数学模型如下：

$U_{sd}-U_{cd}+{\mathrm{\&omega;Li}}_{sq}={\mathrm{Ri}}_{sd}+L\frac{{\mathrm{di}}_{sd}}{dt}---<10>;$

$U_{sq}-U_{cq}-{\mathrm{\&omega;Li}}_{sd}={\mathrm{Ri}}_{sq}+L\frac{{\mathrm{di}}_{sq}}{dt}---<11>;$

将VSC换流器交流侧数学模型合并到内环电流控制器中，得：

$\begin{array}{c}{i}_{sd}=\frac{U_d^{*}}{R+sL}\\ =\frac{K_{P1}\left(i_{sdref}-i_{sd}\right)+K_{I1}\&Integral;\left(i_{sdref}-i_{sd}\right)dt}{R+sL}\end{array}---<12>;$

$\begin{array}{c}{i}_{sq}=\frac{U_q^{*}}{R+sL}\\ =\frac{K_{P2}\left(i_{sqref}-i_{sq}\right)+K_{I2}\&Integral;\left(i_{sqref}-i_{sq}\right)dt}{R+sL}\end{array}---<13>;$

将VSC数学模型与控制系统合并，经过合并后形成VSC换流器控制模型，其内环控制的d轴和q轴形成两个完全独立的控制环，分别控制d轴和q轴的电流；

其中：L和R是联结变压器加相电抗器的等效电感及等效电阻，ω表示工频角频率，i_sdref、i_sqref分别表示有功电流和无功电流的参考值，K_P1、K_P2、K_I1、K_I2为增益系数。

进一步地，所述步骤(9)中，外环的电压通过VSC换流器外环电压控制模型实现，VSC换流器外环电压控制模通过求取电压的偏差量生成内环电流控制器的参考值，控制输出电流；

得到I_d和I_q后考虑总电流不能超过限幅；采用有功电流I_d作为限幅的优先权，即限幅后的无功电流为：

${I_q}^{\&prime;}=\sqrt{I^2-{I_d}^2}---<14>.$

与现有技术比，本发明达到的有益效果是：

本发明提供的适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，考虑了光照强度、环境温度等气象因素在较长时间内的变化特性及其对光伏电站的影响，能准确地模拟光伏电站的功率输出特性。考虑了光伏电站内光伏电池板温度和光照强度的不均匀分布对光伏阵列的影响并提出了简化的等效模型。加入了最大功率点跟踪(MPPT)控制，能够仿真系统在运行中不断跟踪最大功率点的动态变化过程。在逆变器的控制系统中，通过解耦得到了相互独立的内环电流控制器，可以方便的对d轴和q轴的电流进行控制。电流限幅模型的加入使得总电流不超过最大的限定值。

附图说明

图1是本发明提供的光伏发电系统总体结构图；

图2是本发明提供的中长期温度曲线模型图；

图3是本发明提供的中长期光照强度曲线模型图；

图4是本发明提供的基于单二极管模型光伏电池等效电路图；

图5是本发明提供的内环电流环与换流器系统框图；

图6是本发明提供的经过解耦的内环电流环与换流器系统的d轴框图；

图7是本发明提供的经过解耦的内环电流环与换流器系统的q轴框图；

图8是本发明提供的外环控制系统d轴框图；

图9是本发明提供的外环控制系统q轴框图；

图10是本发明提供的简化后的外环控制系统d轴框图；

图11是本发明提供的简化后的外环控制系统q轴框图；

图12是本发明提供的换流器输出限幅示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提出了适用于全过程动态仿真的光伏发电系统模型，光伏模型的功能结构如附图1。该模型结构合理，具有较好的可操作性和适应性，可以正确模拟不同光照强度和温度下按照最大功率跟踪点发送功率的光伏发电系统的特性，以及并网后对电网的影响。

光伏系统结构图包括：中长期温度和光照强度模型、光伏阵列、直流-直流变换器模型、MPPT控制模型、VSC换流器模型和VSC控制模型。

(1)中长期光照强度和温度模型：

图2和图3分别为中长期温度曲线模型图和中长期光照强度曲线模型图。填写关键点的光照强度和温度数据，通过折线连接形成随时间变化的光照强度和温度曲线，并通过输出量S和T输出到光伏电池板模型中。

(2)光伏电池板模型：

图4为光伏电池外特性和基于单二极管模型光伏电池等效电路

光伏电池的电流-电压特性表达式：

$I_L=I_{ph}-I_0(\exp \frac{q(U+I_L{R}_s)}{AkT}-1)-\frac{U+I_L{R}_s}{R_{sh}};$

其中：I_ph为光生电流，其值正比于光伏电池的面积和入射光的光照强度、U为光伏电池输出端电压、R_s表示等效串联电阻、R_sh分别表示等效并联电阻？I₀表示额定电流，q表示电荷量；k为波尔兹曼常量；T为绝对温度；A为P-N结的曲线常数。

适于工程应用的光伏电池数学模型解析表达式：

$I_L=I_{SC}\&lsqb;1-C_1\left(\exp \frac{U}{C_2{U}_{oc}}-1\right)\&rsqb;---<1>;$

<1>式中的参数C₁、C₂可以用一下公式表示：

$C_1=(1-I_m/I_{sc})\exp (-\frac{U}{C_2{U}_{oc}})---<2>;$

C₂＝(U_m/U_oc)/[ln(1-I_m/I_sc)] <3>；

其中：I_sc、U_oc、I_m、U_m分别表示短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压。

光伏电池厂商给出的这四个参数都是在标准电池温度T_ref(25℃)和标准光照强度S_ref(1000W/m2)下的测试结果。实际中光伏电池的输出特性受到实际光照强度和温度的影响较大。因此，在光伏电池模型的实际应用中必须考虑光照强度和温度的修正，具体如下：

T＝T_air+K·S

ΔT＝T-T_ref

ΔS＝S/S_ref-1

I_scc＝(1+a·ΔT)·I_sc·S/S_ref

I_mm＝(1+a·ΔT)·I_m·S/S_ref

U_occ＝U_oc(1-c·ΔT)·ln(e+b·ΔS)

U_mm＝U_m(1-c·ΔT)·ln(e+b·ΔS)；

其中，I_scc、U_occ、I_mm、U_mm为修正后的短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压；T为电池温度；T_air为环境温度；S为光照强度；K、a、b、c是常数系数。

一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，其流程图如图1所示，该方法包括下述步骤：

(1)构建中长期环境温度持续波动模型，通过填卡片方式形成温度随时间的变化曲线；

(2)构建中长期光照强度持续波动模型，通过填卡片方式形成光照强度随时间的变化曲线；

(3)构建中长期非均匀光照分布模型，通过卡片方式形成光伏电站的阵列结构以及非均匀光照随时间的变化曲线；

(4)将步骤(1)、(2)和(3)得到的变化曲线输入到光伏电池阵列模型中，得到每一个仿真周期的光照强度、环境温度以及光伏电站阵列各电池板的非均匀光照参数，得到光伏电站阵列的等效UI曲线；光伏电池阵列模型的数学模型解析表达式如下：

$I_L=I_{SC}\&lsqb;1-C_1\left(\exp \frac{U}{C_2{U}_{oc}}-1\right)\&rsqb;---<1>;$

<1>式中的参数C₁、C₂可以用一下公式表示：

$C_1=(1-I_m/I_{sc})\exp (-\frac{U}{C_2{U}_{oc}})---<2>;$

C₂＝(U_m/U_oc)/[ln(1-I_m/I_sc)] <3>；

其中：I_sc、U_oc、I_m、U_m分别表示短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压。

光伏电池板板体的温度由环境温度和光照强度经过处理后得到，结合光照强度对光伏电池板温度的影响，采用温度补偿方式确定光伏电池板板体温度，表达式如下：

T_{光伏电池板}＝T_环境+K×S <4>；

其中：T_{光伏电池板}为光伏电池板温度，T_环境为环境温度，S为光照强度，K为系数。

结合整个光伏电站的物理参数非均匀分布情况：

将型号相同且等效光照强度相近(光照强度偏差小于50mW/m³)的光伏并网发电单元通过倍乘等值为一个等值单元，计算等值单元的等值输入光照强度，并计算各光伏并网发电单元的等效注入电流I_di和I_qi，继而将各等值单元的等效注入电流合并，得到整个光伏电站的注入电流，表达式分别如下：

$\begin{array}{c}{I}_d=\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{N}_i\&times;I_{di}\\ I_q=\underset{j=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{N}_j\&times;I_{qj}\end{array}---<5>;$

其中：N_i、N_j分别表示对应于第i种或者第j种等效光照强度所对应的光伏发电单元数、M表示等效光照强度种类总数。

(5)将光伏电池阵列模型输出的电流I和电压U输入MPPT最大功率跟踪模型，通过计算得到变比N输出到DC/DC直流斩波器模型，并把直流侧参考电压输入到VSC电压源换流器模型；在模型中考虑了最大功率跟踪控制(MPPT)功能的三种实现方法：1)恒定电压法；2)扰动观察法；3)电导增量法；

1)恒定电压法；

光伏电池的输出功率随着日照等条件会发生变化，但是不管外部条件怎么变化，光伏电池最大功率点对应的电压值基本上变化不大，这个参数是由光伏电池生产厂商确定的，可以通过保持光伏电池输出电压为这个电压就可以使光伏电池输出的功率为最大。

2)扰动观察法；

光伏系统控制器在每个控制周期用较小的步长改变光伏阵列的输出，方向可以是增加也可以是减小，控制对象为光伏阵列输出电压或电流，这一过程称为“干扰”；然后，通过比较该干扰周期前后光伏阵列的输出功率，如果输出功率增加，那么按照上一周期的方向继续“干扰”过程；如果检测到输出功率减小，则改变“干扰”的方向。这样，光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近当前最大功率点，最终在其附近的一个较小范围往复达到稳态。

3)电导增量法。

增量电导法是根据光伏阵列P-U曲线为一条一阶连续可导的单峰曲线的特点，利用一阶导数求极值的方法，即对P＝UI求全导数，可得dP＝IdU+UdI。在最大功率点处dP/dU＝0，由此可得dI/dU＝-I/U。假设当前的光伏阵列的工作点位于最大功率点的左侧时，此时有dP/dU＞0,即dI/dU＞-I/U，说明参考电压应向着增大的方向变化。假设当前的光伏阵列的工作点位于最大功率点的右侧时，此时有，dP/dU＜0，dI/dU＜-I/U，说明参考电压应向着减小的方向变化。假设当前光伏阵列的工作点位于最大功率点处(附近)，此时将有，dP/dU＝0，参考电压将保持不变，也即光伏阵列工作在最大功率点上。

(6)将步骤(4)和步骤(5)的电压U、电流I以及DC/DC变比N输入DC/DC直流斩波器模型，得到二次侧的直流电压U和直流电流I；

(7)将步骤(6)得到的直流电压U和直流电流I输入到VSC电压源换流器模型中，输出换流后的有功电流Id和无功电流Iq；

(8)将步骤(6)得到的直流电压U和步骤(7)得到的有功电流Id和无功电流Iq输入到VSC换流器控制模型，通过控制器得到VSC换流器的控制信号；图5为内环电流环与换流器系统框图，在VSC换流器控制模型的内环电流控制中采用解耦控制方法；

内环电流控制器的数学表达式如下：

$U_{cd}=U_{sd}-U_d^{*}+{\mathrm{\&Delta;U}}_q---<6>;$

$U_{cq}=U_{sq}-U_q^{*}-{\mathrm{\&Delta;U}}_d---<7>;$

其中，ΔU_d＝ωLi_sd；ΔU_q＝ωLi_sq；U_cd和U_cq为VSC换流器交流侧电压基波的d轴、q轴分量；U_sd、U_sq分别为电网电压的d、q轴分量；i_sd、i_sq分别为电网电流的d、q轴分量；和采用下式的比例积分环节来实现：

$U_d^{*}=K_{P1}(i_{sdref}-i_{sd})+K_{I1}\&Integral;(i_{sdref}-i_{sd})dt---<8>;$

$U_q^{*}=K_{P2}(i_{sqref}-i_{sq})+K_{I2}\&Integral;(i_{sqref}-i_{sq})dt---<9>;$

在内环电流控制器中，存在交叉耦合项ωLi_d和ωLi_q，即公式中的ΔU_d和ΔU_q项；

VSC换流器交流侧数学模型如下：

$U_{sd}-U_{cd}+{\mathrm{\&omega;Li}}_{sq}={\mathrm{Ri}}_{sd}+L\frac{{\mathrm{di}}_{sd}}{dt}---<10>;$

$U_{sq}-U_{cq}-{\mathrm{\&omega;Li}}_{sd}={\mathrm{Ri}}_{sq}+L\frac{{\mathrm{di}}_{sq}}{dt}---<11>;$

将VSC换流器交流侧数学模型合并到内环电流控制器中，得：

$\begin{array}{c}{i}_{sd}=\frac{U_d^{*}}{R+sL}\\ =\frac{K_{P1}\left(i_{sdref}-i_{sd}\right)+K_{I1}\&Integral;\left(i_{sdref}-i_{sd}\right)dt}{R+sL}\end{array}---<12>;$

$\begin{array}{c}{i}_{sq}=\frac{U_q^{*}}{R+sL}\\ =\frac{K_{P2}\left(i_{sqref}-i_{sq}\right)+K_{I2}\&Integral;\left(i_{sqref}-i_{sq}\right)dt}{R+sL}\end{array}---<13>;$

将VSC数学模型与控制系统合并，经过合并后形成VSC换流器控制模型，其内环控制的d轴和q轴形成两个完全独立的控制环，分别控制d轴和q轴的电流；

其中：L和R是联结变压器加相电抗器的等效电感及等效电阻，ω表示工频角频率，i_sdref、i_sqref分别表示有功电流和无功电流的参考值，K_P1、K_P2、K_I1、K_I2为增益系数。

可以看出，经过合并，其电流控制的d轴和q轴成了两个完全独立的控制环，二式反应到控制系统框图为图6和图7所示，根据此系统结构，可以方便的设计相关电流控制器参数以满足系统动态响应速度的要求。

(9)将步骤(8)获得的控制信号输入到VSC电压源换流器模型中以实现内外环的电压电流控制：

图8和图9为换流器外环电压控制模型。其中延迟环节时间尺度为毫秒级，在中长期动态仿真中可以简化。略去延迟环节后的外环电压控制模型如图10和图11所示。该模型通过求取电压的偏差量生成内环电流控制器的参考值，从而控制输出电流。

图12为换流器输出限幅示意图。得到I_d和I_q后需要考虑总电流不能超过限幅。目前采用的限幅为有功电流I_d具有优先权。即限幅后的无功电流为：

${I_q}^{\&prime;}=\sqrt{I^2-{I_d}^2}---<14>.$

依照本发明的电力系统仿真中光伏发电系统模型的实现方法，具有较好的可操作性和适应性，可以方便地模拟加入温度和光照强度变化的光伏发电系统的特性，能够应用于电力系统机电暂态及中长期动态的全过程动态稳定仿真。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种适用于电力系统全过程动态仿真的光伏模型建模方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

(1)构建中长期环境温度持续波动模型，通过填卡片方式形成温度随时间的变化曲线；

(2)构建中长期光照强度持续波动模型，通过填卡片方式形成光照强度随时间的变化曲线；

(3)构建中长期非均匀光照分布模型，通过填卡片方式形成光伏电站的阵列结构以及非均匀光照随时间的变化曲线；

(4)将步骤(1)、(2)和(3)得到的变化曲线输入到光伏电池阵列模型中，得到每一个仿真周期的光照强度、环境温度以及光伏电站阵列各电池板的非均匀光照参数，得到光伏电站阵列的等效UI曲线；

(5)将光伏电池阵列模型输出的电流I和电压U输入MPPT最大功率跟踪模型，通过计算得到DC/DC变比N输出到DC/DC直流斩波器模型，并把直流侧参考电压输入到VSC电压源换流器模型；

(6)将步骤(4)和步骤(5)的电压U、电流I以及DC/DC变比N输入DC/DC直流斩波器模型，得到二次侧的直流电压U和直流电流I；

(7)将步骤(6)得到的直流电压U和直流电流I输入到VSC电压源换流器模型中，输出换流后的有功电流I_d和无功电流I_q；

(8)将步骤(6)得到的直流电压U和步骤(7)得到的有功电流I_d和无功电流I_q输入到VSC电压源换流器控制模型，通过控制器得到VSC电压源换流器的控制信号；

(9)将步骤(8)获得的控制信号输入到VSC电压源换流器模型中以实现内外环的电压电流控制。

2.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(4)中，光伏电池阵列模型的数学模型解析表达式如下：

$I_L=I_{SC}\&lsqb;1-C_1\left(\exp \frac{U}{C_2{U}_{oc}}-1\right)\&rsqb;---<1>;$

<1>式中的参数C₁、C₂用以下公式表示：

$C_1=(1-I_m/I_{SC})\exp (-\frac{U}{C_2{U}_{oc}})---<2>;$

C₂＝(U_m/U_oc)/[ln(1-I_m/I_SC)] <3>；

其中：I_SC、U_oc、I_m、U_m分别表示短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压；

光伏电池板板体温度由环境温度和光照强度经过处理后得到，结合光照强度对光伏电池板温度的影响，采用温度补偿方式确定光伏电池板板体温度，表达式如下：

T_{光伏电池板}＝T_环境+K×S <4>；

其中：T_{光伏电池板}为光伏电池板板体温度，T_环境为环境温度，S为光照强度，K为系数。

3.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(4)中，结合整个光伏电站的物理参数非均匀分布情况：

将型号相同且光照强度偏差小于50mW/m³的光伏并网发电单元通过倍乘等值为一个等值单元，计算等值单元的等值输入光照强度，并计算各光伏并网发电单元的等效注入电流I_di和I_qj，继而将各等值单元的等效注入电流合并，得到整个光伏电站的注入电流，表达式分别如下：

$\begin{array}{c}{I}_d=\underset{i=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{N}_i\&times;I_{di}\\ I_q=\underset{j=1}{\overset{M}{\&Sigma;}}{N}_j\&times;I_{qi}\end{array}---<5>;$

其中：N_i、N_j分别表示对应于第i种或者第j种等效光照强度所对应的光伏并网发电单元数、M表示等效光照强度种类总数。

4.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在光伏电池阵列模型中考虑最大功率跟踪控制MPPT功能的三种实现方法：1)恒定电压法；2)扰动观察法；3)电导增量法。

5.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(8)中，在VSC电压源换流器控制模型的内环电流控制中采用解耦控制方法；

内环电流控制器的数学表达式如下：

$U_{cd}=U_{sd}-U_d^{*}+{\mathrm{\&Delta;U}}_q---<6>;$

$U_{cq}=U_{sq}-U_q^{*}-{\mathrm{\&Delta;U}}_d---<7>;$

其中， $U_d^{*}=L\frac{{\mathrm{di}}_{sd}}{dt}+{\mathrm{Ri}}_{sd};U_q^{*}=L\frac{{\mathrm{di}}_{sq}}{dt}+{\mathrm{Ri}}_{sq};$ ΔU_d＝ωLi_sd；ΔU_q＝ωLi_sq；U_cd和U_cq为VSC电压源换流器交流侧电压基波的d轴、q轴分量；U_sd、U_sq分别为电网电压的d、q轴分量；i_sd、i_sq分别为电网电流的d、q轴分量；VSC电压源换流器和采用下式的比例积分环节来实现：

$U_d^{*}=K_{P1}(i_{sdref}-i_{sd})+K_{I1}\&Integral;(i_{sdref}-i_{sd})dt---<8>;$

$U_q^{*}=K_{P2}(i_{sqref}-i_{sq})+K_{I2}\&Integral;(i_{sqref}-i_{sq})dt---<9>;$

在内环电流控制器中，存在交叉耦合项ωLi_sd和ωLi_sq，即公式中的ΔU_d和ΔU_q项；

VSC电压源换流器交流侧数学模型如下：

$U_{sd}-U_{cd}+{\mathrm{\&omega;Li}}_{sq}={\mathrm{Ri}}_{sd}+L\frac{{\mathrm{di}}_{sd}}{dt}---<10>;$

$U_{sq}-U_{cq}-{\mathrm{\&omega;Li}}_{sd}={\mathrm{Ri}}_{sq}+L\frac{{\mathrm{di}}_{sq}}{dt}---<11>;$

将VSC电压源换流器交流侧数学模型合并到内环电流控制器中，得：

$\begin{array}{c}{i}_{sd}=\frac{U_d^{*}}{R+sL}\\ =\frac{K_{P1}\left(i_{sdref}-i_{sd}\right)+K_{I1}\&Integral;\left(i_{sdref}-i_{sd}\right)dt}{R+sL}\end{array}---<12>;$

$\begin{array}{c}{i}_{sq}=\frac{U_q^{*}}{R+sL}\\ =\frac{K_{P2}\left(i_{sqref}-i_{sq}\right)+K_{I2}\&Integral;\left(i_{sqref}-i_{sq}\right)dt}{R+sL}\end{array}---<13>;$

将VSC电压源换流器交流侧数学模型与内环电流控制器合并，经过合并后形成VSC电压源换流器控制模型，其内环控制的d轴和q轴形成两个完全独立的控制环，分别控制d轴和q轴的电流；

其中：L和R是联结变压器加相电抗器的等效电感及等效电阻，ω表示工频角频率，i_sdref、i_sqref分别表示有功电流和无功电流的参考值，K_P1、K_P2、K_I1、K_I2为增益系数。

6.如权利要求1所述的光伏模型建模方法，其特征在于，所述步骤(9)中，外环的电压通过VSC电压源换流器外环电压控制模型实现，VSC电压源换流器外环电压控制模型通过求取电压的偏差量生成内环电流控制器的参考值，控制输出电流I_d和I_q；

得到I_d和I_q后考虑总电流不能超过限幅；采用有功电流I_d作为限幅的优先权，即限幅后的无功电流为：

${I_q}^{\&prime;}=\sqrt{I^2-{I_d}^2}---<14>.$