Argus 电气仿真概述

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概述

电气仿真紧接着Argus光伏仿真链中的 光学仿真 。它将光伏电池的光谱和光学校正后的GTI转换为电力输出，追踪从光伏电池层到电网连接的各个阶段的损耗。

这一阶段对于准确量化光伏电厂在实际运行条件下能提供的能量至关重要。阿格斯电气仿真通过结合 德索托的单二极管模型 与光学级单元级光线追踪结果，实现了高精度的部分着色效果模拟，而无需简化假设。逆变器性能、直流和交流电缆损耗、变压器损耗以及辅助消耗均通过光 伏组件目录 （PVCC）和 能源系统设计器中的元件特定参数明确建模。

该阶段的最终输出——输送到电网（PVOUT_AC_GRID）的电力——直接输送到后处理阶段，后期处理阶段会考虑系统不可用和长期劣化。

该阶段包含的工艺

在电气仿真过程中，依次应用以下工艺：

• 照射转换为直流电（德索托单二极管模型、瞬态热修正模型、IV曲线加法）

• 逆变器削波损耗

• 电网功率限制损耗

• 直流损耗（布线和组合盒）

• 逆变器直流/交流转换（MPP计算，桑迪亚逆变器模型）

• 辅助损失

• 变压器损耗（可变损耗和常损耗模型）

• 交流电损耗（低压、中压和高压电缆）

电气仿真

照射转换为直流电

单二极管等效电路模型，也称为德索托的“五参数”模型，用于 Solargis Evaluate 中模拟太阳能辐射在光伏电池内转换为电能的过程。

单二极管模型需要五个关键参数来描述光伏电池的 电流-电压（IV）曲线 。这些参数通常在标准测试条件（STC）下获得：

• 修正理想因子

• 二极管饱和电流

• 光电流（光电流）

• 串联电阻

• 并联电阻

这些参数，连同全球倾斜辐照度（GTI）和电池温度，用于生成每个光伏电池的IV曲线。

注：在计算双面光伏组件的IV曲线时，将双面因子（如 光伏组件目录中规定）应用于后侧GTI，以考虑光伏组件后侧效率的下降。

该模型的优点

结合单二极管模型与光线追踪，可以详细分析单个光伏电池层面的着色条件。这使得光伏组件在各种环境条件下的电气性能能够精确模拟。

瞬态热修正模型

为了计算电池温度，我们使用 瞬态热修正模型 ，通过将1分钟温度数据与过去20分钟的加权平均平滑，来考虑光伏模块的热惯性。对于15分钟数据，仅考虑当前和之前的时间段。因此，模块温度变化更为缓和，反映实际行为，提高性能预测的准确性。

四分曲线加法

Solargis Evaluate PV模拟器基于De Soto模型计算电厂 中每个光伏电池的IV曲线 。随后，子模块、光伏模块和串的PV曲线相加，遵循电厂电气布局和电路物理。该串的IV曲线随后进入PV收益率模拟的下一阶段。

采用这种方法，能够准确计算光伏电厂中每串电缆的性能，反映部分遮蔽光伏模块等真实运行条件。这意味着无需对部分遮蔽性能做出假设，而这在其他PV屈服率模拟软件中有时是要求。

逆变器削波损耗

逆变器功率限制损耗，也称为 削波损耗，是指光伏阵列产生的直流电超过逆变器最大额定交流输出时。逆变器随后会“削波”或丢弃这部分多余功率，意味着本可以产生的势能会损失。

电网功率限制损耗

光伏电厂可能对其向电网的电力注入有限制，由电网运营商设定。如果光伏阵列产生的功率超过电网限制，逆变器会限制从光伏阵列接收的功率，以符合电网限制。

DC损失

从光伏组件到逆变器的直流路径中的直流损耗是能量产额模拟中的关键因素。这些损耗是由直流电缆及其他直流元件（如合路盒）中的电阻引起的。

Solargis Evaluate 中使用的默认值 是 2%。

逆变器直流/交流转换

逆变器是一种电子设备，将光伏模块产生的直流电（DC）转换为交流电（AC）。输出电压可以是单相或三相电压。逆变器的仿真基于取自光伏组件目录的逆变器参数。

注：逆变器的能量损耗（包括夜间损耗）在光伏组件目录中有规定，并在仿真中应用。

在 Solargis Evaluate 中，逆变器转换计算主要分为两个阶段：

• 最大功率点（MPP）计算： 最大功率点（MPP）计算利用逆变器输入处的 IV曲线 ，该曲线由前述仿真步骤推导而来。

• 直流/交流转换模型：Solargis Evatu采用Sandia逆变器模型，该模型在决定逆变器效率及其交流输出时考虑了运行和环境条件。它还会计算有功和无功分量，考虑用户指定的功率因数和逆变器能力。

辅助损失

能源系统中的辅助损耗由各种耗能设备引起，包括保护、监测、供暖或制冷系统（取决于气候区）、照明系统、模块跟踪系统及其他能耗设备。

注意：辅助损耗不包括逆变器或变压器的损耗。

辅助损耗可分为两类：

• 恒定损耗：这些是以瓦特计量的连续损耗，分为昼夜恒定损耗和昼间恒损。

• 比例损耗：这些损耗取决于电厂在每一刻产生的功率，以每千瓦装机功率的瓦数表示。

Solargis 评估中使用的默认值：

变压器损耗

变压器是能源系统中不可或缺的设备，用于将逆变器交流端的电压电平调整到连接到公用电网所需的电压水平。在 Solargis Evaluate 中，我们使用专有 的 Transformer 模型，可以分为两个子模型：

• 可变损失模型： 包括铁损耗（无负荷，也在夜间施加）损耗和铜损耗。

• 恒定损失模型： 变压器损耗表示为变压器主侧电力的百分比减少。

如果逆变器输出与电网连接上的交流电压差足够大，Solargis Evaluate会考虑多个变压器级——逆变器和电力变压器。在这种情况下，每个变压器单独考虑变压器损耗，而交流电缆损耗则在变压器级之间考虑，具体取决于相应的设置。

Solargis 评估中使用的默认值：

可变损失模型

恒定损失模型

空调损失

能源系统中的交流损耗发生在交流电缆中，影响从逆变器到电网连接点的电力传输。

在Solargis Evaluate中，要求的交流电缆损耗以 百分比值计算。该百分比代表在参考条件（通常是 标准测试条件 STC）下，交流电网络的总交流电损耗。交流损耗根据电厂变压器级数（逆变器和电力变压器）的数量，分为多个阶段（低压、中压和高压）。

Solargis 评估中使用的默认值：

延伸阅读

• 光伏阵列性能模型的改进与验证。W. 德索托、S.A. 克莱因和W.A. 贝克曼。

• 光伏组件背面温度的瞬态加权移动平均模型。M. 普里利曼、J. S. 斯坦、D. 赖利、G. 塔米兹马尼