CN103997059A - 三相单级光伏并网的电磁与机电暂态模型的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，基于MATLAB/SIMULINK平台，电磁暂态模型为基于电力电子器件的光伏阵列模型，机电暂态模型为基于微分方程的相量模型，适用于三相单级光伏并网系统接入配电网、高压输电网后，电力系统的电磁暂态、机电暂态的仿真分析、三相单级光伏并网系统的设计与控制，具有很强的自适应性，十分实用，具有良好的应用前景。

Description

三相单级光伏并网的电磁与机电暂态模型的建模方法

技术领域

本发明涉及一种三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，属于电力系统模型、仿真与控制技术领域。 

背景技术

随着智能电网、微电网、分布式发电技术的发展，光伏发电将会大量接入配电网以及输电网，一方面，由于太阳能的随机性、间歇性，光伏发电的大量接入将会对电力系统的安全运行产生重大影响；另一方面，主动配电网技术的发展要求对分布式电源在配电网层面进行协调控制。在今后相当长一段时间内，光伏发电将会作为配电网中最主要的分布式电源。因此，为了仿真分析光伏系统对输电网、配电网安全运行的影响以及光伏发电的协调控制，迫切需要建立光伏发电系统的电磁暂态与机电暂态模型，以便深入研究分布式光伏发电接入配电网的安全运行问题，如光伏发电对继电保护、稳定性、电能质量、配网自动化、可靠性、风险评估的影响、分布式电源协调控制方法、大型光伏发电站对大电网安全稳定运行的影响等。 

发明内容

本发明的目的是针对目前迫切需要建立光伏发电系统的电磁暂态与机电暂态模型的问题。本发明的三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，基于MATLAB/SIMULINK平台，适用于三相单级光伏并网系统接入配电网、高压输电网后，电力系统电磁暂 态、机电暂态的仿真分析、光伏逆变器的设计与控制，具有很强的适应性，十分实用，具有良好的应用前景。 

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是： 

一种三相单级光伏并网的电磁与机电暂态模型的建模方法，其特征在于：电磁暂态模型为基于电力电子器件的光伏阵列模型，机电暂态模型为基于微分方程的光伏控制系统的相量模型，建模方法包括以下步骤， 

步骤(A1)，根据光伏阵列模型为电流受电压控制的受控电流源，列出其的电流-电压特性的方程式(1)， 

$i_{\mathrm{pv}}=n_p{I}_{\mathrm{ph}}-n_p{I}_{\mathrm{rs}}(\exp \left(\frac{q}{\mathrm{kTA}}\frac{{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}{n_s}\right)-1)---\left(1\right)$

其中，i_pv为光伏阵列发出的直流电流值；υ_dc为光伏阵列的端口电压；I_rs为光伏阵列内PN节的反向饱和电流；q为电子电荷量，为1.602×10^-19C；k为波尔兹曼常数，为1.38×10^-23J/K；T为光伏阵列内PN节的温度，单位为K；A为理想因子；n_s为光伏阵列中太阳能电池单元的串联个数；n_p为光伏阵列中太阳能电池单元的并联个数；I_ph为单个电池单元的短路电流； 

步骤(A2)，单个电池单元的短路电流I_ph，与光照强度、光伏阵列内PN节温度的关系，如公式(2)所示， 

$I_{\mathrm{ph}}=[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}---\left(2\right)$

其中，T_r为参考温度；I_scr为单个太阳能电池单元在参考温度与参考光照强度下的短路电流值，参考光照强度为1000W/m²；k_T为温度系数； 

步骤(A3)，将公式(2)代入方程式(1)，得到光伏阵列模型的电流-电压特性的方程式(3)， 

$i_{\mathrm{pv}}=n_p[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}-n_p{I}_{\mathrm{rs}}(\exp \left(\frac{q}{\mathrm{kTA}}\frac{{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}{n_s}\right)-1)=n_1-n_2\exp \left(n_3{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}\right)---\left(3\right)$

其中， $n_1=n_p[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}-n_p{I}_{\mathrm{rs}},$ n₂＝n_pI_rs， $n_3=\frac{q}{\mathrm{kT}{\mathrm{An}}_s};$

步骤(A4)，根据方程式(3)得到，光伏阵列的电流-电压特性，由n₁、n₂、n₃三个参数决定，根据公式(4)，计算光伏阵列发出的有功功率P_pv， 

P_pv＝f(υ_dc,S,T)＝υ_dci_pv＝n₁υ_dc-n₂υ_dcexp(n₃υ_dc)        (4) 

步骤(A5)，在不同的光照强度、不同PN节温度下，光伏阵列最大功率点所对应的电压是不同的，对于三相单级光伏并网系统的机电暂态模型，求解方程式(5)，得到光伏阵列最大功率点对应的电压， 

$\frac{d{P}_{\mathrm{pv}}}{d{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}=0---\left(5\right);$

步骤(A6)，对于三相单级光伏并网系统的电磁暂态模型，通过最大功率点追踪器MPPT动态输出电压控制器的参考电压，通过电压控制器，使光伏阵列的电压稳定在不同光照水平下最大 功率点所对应的电压，使光伏阵列发出最大功率； 

三相单级光伏并网系统的机电暂态模型建模方法，包括以下步骤， 

步骤(B1)，将电压型变流器的有功、无功进行解耦控制； 

步骤(B2)，建立电流内环控制器的控制策略； 

步骤(B3)，根据步骤(B1)、步骤(B2)得到的电流内环控制器，配合MPPT、电压外环控制器，构建光伏控制系统的模型。 

前述的三相单级光伏并网的电磁与机电模型的建模方法，其特征在于：步骤(B1)，将电流内环控制器进行解耦控制的方法为， 

(1)，构建与光伏阵列输出端连接的电压型变流器，根据方程式(6)，得到电压型变流器交流侧的动态特性， 

$L\frac{d\stackrel{\→}{i}}{\mathrm{dt}}=-r\stackrel{\→}{i}+{\stackrel{\→}{u}}_t-{\stackrel{\→}{u}}_s---\left(6\right)$

其中，r为耦合电抗器与变压器的电阻之和；L为耦合电抗器与变压器的漏感之和；为电压型变流器注入配网的电流空间相量；为变压器一次侧的电压空间相量；为网侧电压空间相量； 

(2)，电压型变流器的交直流侧电压u_dc，满足方程式(7)， 

${\stackrel{\→}{u}}_t=\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}\stackrel{\→}{m}---\left(7\right)$

其中，为电压型变流器的调制比信号空间相量，将方程式(7)代入方程式(6)，得到方程式(8)， 

$L\frac{d\stackrel{\→}{i}}{\mathrm{dt}}=-r\stackrel{\→}{i}+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}\stackrel{\→}{m}-{\stackrel{\→}{u}}_s---\left(8\right);$

(3)，将方程式(8)的各空间相量投影到d、q轴上得到，方程式(9)、(10)， 

$L\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_d+\mathrm{L\ω}{i}_q+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}{m}_d-u_{\mathrm{sd}}---\left(9\right)$

$L\frac{{\mathrm{di}}_q}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_q+\mathrm{L\ω}{i}_d+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}{m}_q-u_{\mathrm{sq}}---\left(10\right)$

其中，i_d、i_q为状态变量；m_d、m_q为控制输入；u_sd、u_sq为扰动输入； 

(4)，方程式(9)、(10)为关于i_d、i_q的非线性方程，i_d、i_q是耦合的，i_d的动态特性受到i_q的动态特性的影响，i_q的动态特性也受到i_d的动态特性的影响，引入辅助控制变量u_d、u_q，使得i_d、i_q解耦控制，得到方程式(11)、(12)， 

$m_d=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}(u_d-\mathrm{L\ω}{i}_q+u_{\mathrm{sd}})---\left(11\right)$

$m_q=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}(u_q-\mathrm{L\ω}{i}_d+u_{\mathrm{sq}})---\left(12\right);$

(5)，将方程式(11)、(12)分别代入方程式(9)、(10)，得到方程式(13)、(14)， 

$L\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_d+u_d---\left(13\right)$

$L\frac{{\mathrm{di}}_q}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_q+u_q---\left(14\right);$

(6)，根据方程式(13)、(14)，i_d、i_q分别由u_d、u_q单独控制，完成电压型变流器的d、q轴电流的解耦控制，实现电流内环控制器的干扰抑制。 

前述的三相单级光伏并网的电磁与机电暂态模型的建模方法，其特征在于：步骤(B2)，建立电流内环控制器的控制策略， 

(1)，分别将电流参考量i_dref、i_qref减去状态变量i_d、i_q，得到电流偏差信号e_d、e_q； 

(2),将流偏差信号e_d、e_q分别经过电流控制器k_d(s)、k_q(s)得到，辅助控制变量u_d、u_q； 

(3)，电流控制器k_d(s)、k_q(s)的传递函数为公式(15)， 

$k_d\left(s\right)=k_q\left(s\right)=\frac{k_{p}s+k_i}{s}---\left(15\right)$

其中，k_p为电流控制器的比例放大倍数，k_i为电流控制器的积分放大倍数k_p＝L/τ_i、k_i＝r/τ_i，τ_i为时间常数； 

(4)，构建的电流内环控制器的传递函数为公式(16)， 

$\frac{I_d\left(s\right)}{I_{\mathrm{dref}}\left(s\right)}=\frac{I_q\left(s\right)}{I_{\mathrm{qref}}\left(s\right)}=G_i\left(s\right)=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_{i}s+1}---\left(16\right).$

前述的三相单级光伏并网的电磁与机电暂态模型的建模方法，其特征在于：所述电流参考量i_qref的取值为i_qref＝0，使得构建的光伏控制系统的功率因数为1。 

本发明的有益效果是：本发明的三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，基于MATLAB/SIMULINK平台，电磁暂态模型为基于电力电子器件的光伏阵列模型，机电暂态模型为基于微分方程的光伏控制系统的模型，适用于三相单级光伏并网系统接入配电网、高压输电网后，电力系统的电磁暂态、机电暂态的仿真分析、光伏逆变器的设计与控制，具有很强的适应性，十分实用，具有良好的应用前景。 

附图说明

图1是本发明的不同光照水平下光伏阵列的有功-电压曲线图。 

图2是本发明的不同温度下光伏阵列的有功-电压曲线图。 

图3是本发明的电流内环控制器控制策略的示意图。 

图4是本发明的构建光伏控制系统模型的示意图。 

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。 

本发明的三相单级光伏并网的电磁与机电暂态模型的建模方法，基于MATLAB/SIMULINK平台，电磁暂态模型为基于电力电子器件的光伏阵列模型，机电暂态模型为基于微分方程的相量模型，适用于三相单级光伏并网系统接入配电网、高压输电网后，电力系统的电磁暂态、机电暂态的仿真分析、光伏逆变器的设计与控制，具有很强的适应性，其中 

电磁暂态模型的的建模方法，包括以下步骤， 

(A1)，根据光伏阵列模型为电流受电压控制的受控电流源，列出其的电流-电压特性的方程式(1)， 

$i_{\mathrm{pv}}=n_p{I}_{\mathrm{ph}}-n_p{I}_{\mathrm{rs}}(\exp \left(\frac{q}{\mathrm{kTA}}\frac{{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}{n_s}\right)-1)---\left(1\right)$

其中，i_pv为光伏阵列发出的直流电流值；υ_dc为光伏阵列的端口电压；I_rs为光伏阵列内PN节的反向饱和电流；q为电子电荷量，为1.602×10^-19C；k为波尔兹曼常数，为1.38×10^-23J/K；T为光伏阵列内PN节的温度，单位为K；A为理想因子；n_s为光伏阵列中太阳能电池 单元的串联个数；n_p为光伏阵列中太阳能电池单元的并联个数；I_ph为单个电池单元的短路电流； 

(A2)，单个电池单元的短路电流I_ph，与光照强度、光伏阵列内PN节温度的关系，如公式(2)所示， 

$I_{\mathrm{ph}}=[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}---\left(2\right)$

其中，T_r为参考温度；I_scr为单个太阳能电池单元在参考温度与参考光照强度下的短路电流值，参考光照强度为1000w/m²；k_T为温度系数； 

(A3)，将公式(2)代入方程式(1)，得到光伏阵列模型的电流-电压特性的方程式(3)， 

$i_{\mathrm{pv}}=n_p[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}-n_p{I}_{\mathrm{rs}}(\exp \left(\frac{q}{\mathrm{kTA}}\frac{{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}{n_s}\right)-1)=n_1-n_2\exp \left(n_3{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}\right)---\left(3\right)$

其中， $n_1=n_p[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}-n_p{I}_{\mathrm{rs}},$ n₂=n_pI_rs， $n_3=\frac{q}{\mathrm{kT}{\mathrm{An}}_s};$

(A4)，根据方程式(3)得到，光伏阵列的的电流-电压特性，由n₁、n₂、n₃三个参数决定，根据公式(4)，计算光伏阵列发出的有功功率P_pv， 

P_pv＝f(υ_dc,S,T)＝υ_dci_pv＝n₁υ_dc-n₂υ_dcexp(n₃υ_dc)        (4) 

(A5)，由图1、2可以看出，在不同的光照强度、不同PN节温度下，光伏阵列最大功率点所对应的电压是不同的，对于三 相单级光伏并网系统的机电暂态模型，求解方程式(5)，得到光伏阵列最大功率点对应的电压， 

$\frac{d{P}_{\mathrm{pv}}}{d{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}=0---\left(5\right)$

(A6)，对于三相单级光伏并网系统的电磁暂态模型，通过最大功率点追踪器MPPT动态输出电压控制器的参考电压，通过电压控制器，使光伏阵列的电压稳定在不同光照水平下最大功率点所对应的电压，使光伏阵列发出最大功率； 

三相单级光伏并网系统的机电暂态模型的建模方法，包括以下步骤， 

步骤(B1)，将电压型变流器(voltage source converter，VSC)有功、无功进行解耦控制，解耦过程为， 

1)，构建与光伏阵列输出端连接的电压型变流器，根据方程式(6)，得到电压型变流器交流侧的动态特性， 

$L\frac{d\stackrel{\→}{i}}{\mathrm{dt}}=-r\stackrel{\→}{i}+{\stackrel{\→}{u}}_t-{\stackrel{\→}{u}}_s---\left(6\right)$

其中，r为耦合电抗器与变压器的电阻之和；L为耦合电抗器与变压器的漏感之和；为电压型变流器注入配网的电流空间相量；为变压器一次侧的电压空间相量；为网侧电压空间相量； 

2)，电压型变流器的交直流侧电压u_dc，满足方程式(7)， 

${\stackrel{\→}{u}}_t=\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}\stackrel{\→}{m}---\left(7\right)$

其中，为电压型变流器的调制比信号空间相量，将方程式(7)代入方程式(6)，得到方程式(8)， 

$L\frac{d\stackrel{\→}{i}}{\mathrm{dt}}=-r\stackrel{\→}{i}+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}\stackrel{\→}{m}-{\stackrel{\→}{u}}_s---\left(8\right);$

3)，将方程式(8)的各空间相量投影到d、q轴上得到，方程式(9)、(10)， 

$L\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_d+\mathrm{L\ω}{i}_q+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}{m}_d-u_{\mathrm{sd}}---\left(9\right)$

$L\frac{{\mathrm{di}}_q}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_q-\mathrm{L\ω}{i}_d+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}{m}_q-u_{\mathrm{sq}}---\left(10\right)$

其中，i_d、i_q为状态变量；m_d、m_q为控制输入；u_sd、u_sq为扰动输入； 

4)，方程式(9)、(10)为关于i_d、i_q的非线性方程，i_d、i_q是耦合的，i_d的动态特性受到i_q的动态特性的影响，i_q的动态特性也受到i_d的动态特性的影响，引入辅助控制变量u_d、u_q，使得i_d、i_q解耦控制，得到方程式(11)、(12)， 

$m_d=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}(u_d-\mathrm{L\ω}{i}_q+u_{\mathrm{sd}})$

(11) 

$m_q=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}(u_q-\mathrm{L\ω}{i}_d+u_{\mathrm{sq}})---\left(12\right);$

5)，将方程式(11)、(12)分别代入方程式(9)、(10)，得到方程式(13)、(14)， 

$L\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_d+u_d---\left(13\right)$

$L\frac{{\mathrm{di}}_q}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_q+u_q---\left(14\right);$

6)，根据方程式(13)、(14)，i_d、i_q分别由u_d、u_q单独控制，完成电压型变流器的d、q轴电流的解耦控制，实现电流内环控制器的干扰抑制； 

步骤(B2)，建立电流内环控制器的控制策略，如图3所示，电流内环控制器控制策略的示意图，其过程为， 

1)，分别将电流参考量i_dref、i_qref减去状态变量i_d、i_q，得到电流偏差信号e_d、e_q； 

2),将流偏差信号e_d、e_q分别经过电流控制器k_d(s)、k_q(s)得到，辅助控制变量u_d、u_q； 

3)，电流控制器k_d(s)、k_q(s)的传递函数为公式(15)， 

$k_d\left(s\right)=k_q\left(s\right)=\frac{k_{p}s+k_i}{s}---\left(15\right)$

其中，k_p为电流控制器的比例放大倍数，k_i为电流控制器的积分放大倍数k_p＝L/τ_i、k_i＝r/τ_i，τ_i为时间常数，为了达到电流环控制系统响应的快速性，一般地，选取时间常数τ_i非常小(为几毫秒)，但是电流闭环的频带宽度1/τ_i是电压型变流器(VSC)的开关角频率的10倍以下； 

4)，构建的电流内环控制器的传递函数为公式(16)， 

$\frac{I_d\left(s\right)}{I_{\mathrm{dref}}\left(s\right)}=\frac{I_q\left(s\right)}{I_{\mathrm{qref}}\left(s\right)}=G_i\left(s\right)=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_{i}s+1}---\left(16\right)$

所述电流参考量i_qref的取值为i_qref＝0，使得构建的光伏控制系统的功率因数为1。 

步骤(B3)，根据步骤(B1)、步骤(B2)得到的电流内环控制器，配合MPPT、电压外环控制器，构建光伏控制系统的模型，如图4所示。 

综上所述，本发明的三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，基于MATLAB/SIMULINK平台，电磁暂态模型为基于电力电子器件的光伏阵列模型，机电暂态模型为基于微分 方程的光伏控制系统的模型，适用于三相单级光伏并网系统接入配电网、高压输电网后，电力系统的电磁暂态、机电暂态的仿真分析、光伏逆变器的设计与控制，具有很强的适应性，十分实用，具有良好的应用前景。 

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (4)

1.一种三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，其特征在于：电磁暂态模型为基于电力电子器件的光伏阵列模型，机电暂态模型为基于微分方程的相量模型，建模方法包括以下步骤，

步骤(A1)，光伏阵列模型为电流受电压控制的受控电流源，列出其电流-电压特性的方程式(1)，

$i_{\mathrm{pv}}=n_p{I}_{\mathrm{ph}}-n_p{I}_{\mathrm{rs}}(\exp \left(\frac{q}{\mathrm{kTA}}\frac{{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}{n_s}\right)-1)---\left(1\right)$

其中，i_pv为光伏阵列发出的直流电流值；υ_dc为光伏阵列的端口电压；I_rs为光伏阵列内PN节的反向饱和电流；q为电子电荷量，为1.602×10^-19C；k为波尔兹曼常数，为1.38×10^-23J/K；T为光伏阵列内PN节的温度，单位为K；A为理想因子；n_s为光伏阵列中太阳能电池单元的串联个数；n_p为光伏阵列中太阳能电池单元的并联个数；I_ph为单个电池单元的短路电流；

步骤(A2)，单个电池单元的短路电流I_ph，与光照强度、光伏阵列内PN节温度的关系，如公式(2)所示，

$I_{\mathrm{ph}}=[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}---\left(2\right)$

其中，T_r为参考温度；I_scr为单个太阳能电池单元在参考温度与参考光照强度下的短路电流值，参考光照强度为1000W/m²；k_T为温度系数；

步骤(A3)，将公式(2)代入方程式(1)，得到光伏阵列模型的电流-电压特性的方程式(3)，

$i_{\mathrm{pv}}=n_p[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}-n_p{I}_{\mathrm{rs}}(\exp \left(\frac{q}{\mathrm{kTA}}\frac{{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}{n_s}\right)-1)=n_1-n_2\exp \left(n_3{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}\right)---\left(3\right)$

其中， $n_1=n_p[I_{\mathrm{scr}}+k_T(T-T_r)]\frac{S}{100}-n_p{I}_{\mathrm{rs}},$ n₂＝n_pI_rs， $n_3=\frac{q}{\mathrm{kT}{\mathrm{An}}_s};$

步骤(A4)，根据方程式(3)得到，光伏阵列的电流-电压特性，由n₁、n₂、n₃三个参数决定，根据公式(4)，计算光伏阵列发出的有功功率P_pv，

P_pv＝f(υ_dc,S,T)＝υ_dci_pv＝n₁υ_dc-n₂υ_dcexp(n₃υ_dc)

(4)；

步骤(A5)，在不同的光照强度、不同PN节温度下，光伏阵列最大功率点所对应的电压是不同的，对于三相单级光伏并网系统的机电暂态模型，求解方程式(5)，得到光伏阵列最大功率点对应的电压，

$\frac{d{P}_{\mathrm{pv}}}{d{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{dc}}}=0---\left(5\right);$

步骤(A6)，对于三相单级光伏并网系统的电磁暂态模型，通过最大功率点追踪器MPPT动态输出电压控制器的参考电压，通过电压控制器，使光伏阵列的电压稳定在不同光照水平下最大功率点所对应的电压，使光伏阵列发出最大功率；

三相单级光伏并网系统的机电暂态模型的建模方法，包括以下步骤，

步骤(B1)，将电压型变流器有功、无功进行解耦控制；

步骤(B2)，建立电流内环控制器的控制策略。

步骤(B3)，根据步骤(B1)、步骤(B2)得到的电流内环控制器，配合MPPT、电压外环控制器，构建光伏控制系统的模型。

2.根据权利要求1所述的三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，其特征在于：步骤(B1)，将电压型变流器有功、无功进行解耦控制的方法为，

(1)，构建与光伏阵列输出端连接的电压型变流器，根据方程式(6)，得到电压型变流器交流侧的动态特性，

$L\frac{d\stackrel{\→}{i}}{\mathrm{dt}}=-r\stackrel{\→}{i}+{\stackrel{\→}{u}}_t-{\stackrel{\→}{u}}_s---\left(6\right)$

其中，r为耦合电抗器与变压器的电阻之和；L为耦合电抗器与变压器的漏感之和；为电压型变流器注入配网的电流空间相量；为变压器一次侧的电压空间相量；为网侧电压空间相量；

(2)，电压型变流器的交直流侧电压u_dc，满足方程式(7)，

${\stackrel{\→}{u}}_t=\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}\stackrel{\→}{m}---\left(7\right)$

其中，为电压型变流器的调制比信号空间相量，将方程式(7)代入方程式(6)，得到方程式(8)，

$L\frac{d\stackrel{\→}{i}}{\mathrm{dt}}=-r\stackrel{\→}{i}+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}\stackrel{\→}{m}-{\stackrel{\→}{u}}_s---\left(8\right);$

(3)，将方程式(8)的各空间相量投影到d、q轴上得到方程式(9)、(10)，

$L\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_d+\mathrm{L\ω}{i}_q+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}{m}_d-u_{\mathrm{sd}}---\left(9\right)$

$L\frac{{\mathrm{di}}_q}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_q+\mathrm{L\ω}{i}_d+\frac{u_{\mathrm{dc}}}{2}{m}_q-u_{\mathrm{sq}}---\left(10\right)$

其中，i_d、i_q为状态变量；m_d、m_q为控制输入；u_sd、u_sq为扰动输入；

(4)，方程式(9)、(10)为关于i_d、i_q的非线性方程，i_d、i_q是耦合的，i_d的动态特性受到i_q的动态特性的影响，i_q的动态特性也受到i_d的动态特性的影响，引入辅助控制变量u_d、u_q，使得i_d、i_q解耦控制，得到方程式(11)、(12)，

$m_d=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}(u_d-\mathrm{L\ω}{i}_q+u_{\mathrm{sd}})---\left(11\right)$

$m_q=\frac{2}{u_{\mathrm{dc}}}(u_q-\mathrm{L\ω}{i}_d+u_{\mathrm{sq}})---\left(12\right);$

(5)，将方程式(11)、(12)分别代入方程式(9)、(10)，得到方程式(13)、(14)，

$L\frac{{\mathrm{di}}_d}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_d+u_d---\left(13\right)$

$L\frac{{\mathrm{di}}_q}{\mathrm{dt}}=-{\mathrm{ri}}_q+u_q---\left(14\right);$

(6)，根据方程式(13)、(14)，i_d、i_q分别由u_d、u_q单独控制，完成电压型变流器的d、q轴电流的解耦控制，实现电流内环控制器的干扰抑制。

3.根据权利要求1或2所述的三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，其特征在于：步骤(B2)，建立电流内环控制器的控制策略，

(1)，分别将电流参考量i_dref、i_qref减去状态变量i_d、i_q，得到电流偏差信号e_d、e_q；

(2),将流偏差信号e_d、e_q分别经过电流控制器k_d(s)、k_q(s)得到，辅助控制变量u_d、u_q；

(3)，电流控制器k_d(s)、k_q(s)的传递函数为公式(15)，

$k_d\left(s\right)=k_q\left(s\right)=\frac{k_{p}s+k_i}{s}---\left(15\right)$

其中，k_p为电流控制器的比例放大倍数，k_i为电流控制器的积分放大倍数k_p＝L/τ_i 、k_i＝r/τ_i，τ_i为时间常数；

(4)，构建的电流内环控制器的传递函数为公式(16)，

$\frac{I_d\left(s\right)}{I_{\mathrm{dref}}\left(s\right)}=\frac{I_q\left(s\right)}{I_{\mathrm{qref}}\left(s\right)}=G_i\left(s\right)=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_{i}s+1}---\left(16\right).$

4.根据权利要求3所述的三相单级光伏并网系统的电磁与机电暂态模型的建模方法，其特征在于：所述电流参考量i_qref的取值为i_qref＝0，使得构建的光伏控制系统的功率因数为1。