1 引言

光伏发电因其清洁、易得、可再生的优势，近年来越发受到重视，但光伏电站并网发电后对电网电能质量的影响也日益凸显[1]。因此，在大型光伏电站接入电网前，发电、供电与用电多方面都需要进行严谨的电能质量预评估，如何简易而又有效地分析大型光伏电站接入对电网电能质量的影响，成为目前亟待解决的问题。

针对光伏发电系统的建模已有较多研究，文献[2-4]对光伏发电系统的组成进行了详细分析，对光伏电池、升压电路、逆变电路、最大功率跟踪和锁相环都分别建模；文献[5，6]以光伏电站的动态特征为基础，建立了用微分方程和代数方程表征的光伏电站动态数学模型；文献[7]提出了一种改进的滑模变结构方法跟踪最大功率点，并以分段函数建立局部遮光下光伏阵列的模型。在光伏发电系统的谐波建模分析方面，文献[8，9]通过建立系统的阻抗网络模型和逆变器结构模型，模拟出光伏电站的谐波信号，但是其假设逆变器的等效阻抗都已知且稳定，忽略了逆变器的等效阻抗随天气及控制策略等变化而变化的事实，具有一定局限性。文献[10]表明即使单台逆变器输出电流谐波较小，多台并联后整体输出的谐波电流也有可能超标。可见，现有文献主要集中于针对单个光伏发电系统的基波模型或谐波模型进行详细建模，研究其系统内部结构的运行。首先需求解各种物理量并将其转化为电气信号输入到电力电子设备，并要考虑相应的控制策略和诸多计算环节，模型构建较为复杂，仿真计算繁琐且需要多次迭代，难以应用于含大量光伏发电系统的大型光伏电站的电能质量预评估。

进行大型光伏电站的电能质量预评估时，电网侧更关注光伏电站的输出电流、电压及有功无功等电气量。因此，本文从光伏发电系统的电气外特性出发，提出一种大型光伏电站并网的建模及电能质量预评估方法。首先，研究光伏发电系统的输出电气量与太阳光照强度、电池温度的关系，建立一种基于电气外特性的单个光伏发电系统等效功率模型；其次，基于PSCAD/EMTDC构建谐波信号产生元件和同次谐波叠加元件，输出不同工况下光伏系统的谐波电流，从而以谐波源的方式表征光伏发电系统的谐波特性，并采用功率源+谐波源的方式等效替代光伏发电系统；最后，以广东省内某大型光伏电站并网为例，对其进行详细的电能质量预评估，验证了所提模型的实用性。

2 基于电气外特性的光伏发电系统功率等效模型

光伏电站系统由光伏发电系统和升压并网系统两个部分组成，其中光伏发电系统指从太阳电池组件至逆变器之间的所有电气设备，包括太阳电池组件、直流汇流箱、直流电缆和逆变器等[11]。

2.1 光伏发电系统的电气外特性分析

光伏发电系统的电气外特性指光伏电源的有功功率、无功功率、输出电压、电流等电气量，在计算光伏发电系统的输出电压和电流时用到的参数包括太阳光照强度和电池温度[12]。本文建立了一种基于电气外特性的工程模型，该模型仅采用厂商提供的技术参数(Vm、Im)就能得出精度较高的光伏发电系统I-V特性曲线。达到最大功率点时，光伏发电系统输出的电压和电流可表示为：

(1)

(2)

式中，ΔS=S-Sref；ΔT=T-Tref；S和T分别表示太阳光照强度和电池温度；Sref和Tref分别表示太阳光照参考强度(1000W/m2)、电池参考温度(25℃)；Vm、Im分别为光伏发电系统的最大输出电压和输出电流；补偿系数λ、b、c均为常数，根据经验，其典型的推荐值为λ=0.0025(℃)-1，b=0.0005(W/m2)，c=0.00288(℃)-1，e为自然对数底数。

影响光伏发电系统功率的主要因素是太阳光照强度与电池温度，因此本文通过输入光伏电站所在地区夏季典型太阳光照强度与电池温度曲线对光伏电站的输出特性进行仿真，计算得出110kV升压变110kV侧一天内电压变化曲线如图8所示。

小磨河水利工程在实际工程中，各防治区水保措施完成良好，各项水土保持措施基本与主体工程同步实施，防治水土流失效果显著。一方面，建设单位在工作中建立并完善了水土保持管理和运行机制，并设立水保科，由专职人员负责水土保持设施的运行与日常维护；另一方面，水保科结合实际水保工程，制定了相关岗位责任、技术规程，真正做到了管理责任明确，规章制度落实到位，确保水土保持工作的顺利实施。

(3)

P0=VmIm

(4)

2.2 光伏发电系统接入配网分析

光伏发电系统接入配网的典型模式如图1所示，图1中ZS为系统侧等值阻抗；ZL1为PCC上端线路的阻抗；ZL2为PCC点下端线路的阻抗；ZPV为光伏发电系统滤波电路的等值阻抗；ES为系统侧的等值电动势。

图1 含光伏电源的配电网 Fig.1 Distribution network with photovoltaic generation

光伏发电系统接入配网后，其发出的总功率等于输出功率、线路中的热效应以及各器件损耗之和，可得出：

(5)

式中,IPV为光伏发电系统的输出电流；RPV为光伏电源中滤波部分的等值电阻；UPCC为公共连接点的电压；ΔP数值较小可以忽略不计。根据式(3)～式(5)可求出光伏发电系统的稳态等效电压UPV和输出电流IPV，其表达式分别为：

UPV=UPCC+IPVZPV

(6)

(7)

式中，UPV和IPV均以UPCC的相位为基准。

依据上述分析，对于给定的光伏发电系统，稳态时其输出电压和电流取决于太阳光照强度和电池温度，其基于电气外特性的等效模型的结构如图2所示，包括输入变量、函数模块和受控电压源模块。

图2 光伏电气外特性等效模型的结构图 Fig.2 Structure of equivalent model of PV electric external characteristics

该等效模型中的函数模块以太阳光照强度和电池温度作为输入量，根据式(3)和式(4)计算出不同自然条件下光伏发电系统的功率，并依据式(6)和式(7)得到光伏发电系统的稳态输出电压和电流。该方法能使等效模型的输出特性足够精准且不需要进行迭代计算，并能准确模拟光伏发电系统对电网的影响。

3 基于PSCAD/EMTDC的大型光伏电站建模分析

本文利用电磁仿真软件PSCAD/EMTDC对大型光伏电站进行建模分析。

3.1 单个光伏发电系统模型

3.1.1 功率等效模型

1.2.2 染色体核型分析 采用G显带制备技术对脐血及外周血进行常规G显带(500～550条带)检测。

这两处地质现象，前者反映出海侵环境下沉积岩在形成过程中，受水流作用而形成的岩层层面构造；后者反映出在沉积岩形成后，受后期岩浆活动的影响，炽热岩浆沿沉积岩裂隙向地表运动过程中，因温度、压力的变化在沉积岩中冷却形成的浅层侵入岩体.通过对二者分析，能够建构此地沉积岩当时的沉积环境以及后期地壳的运动变化与岩浆活动情况.

依据第1节的讨论，理想情况下，可用受控功率源(戴维南电路)等效单个光伏发电系统的输出特性，如图3所示。

电压波动值d为波动特性曲线上相邻两个极值电压值之差与其标称电压UN之比的百分数表示：

在土木工程建筑结构的设计过程中，良好的选址非常重要，其不仅具有关键性的作用，而且也是整个建筑工程的重要基础。一般来说，如果土木工程建筑的选址合格、稳定，那么就能够为之后的工程建设打下扎实的建设基础，从而充分地提高整个工程的安全系数。但是，在现实情况中，某些施工单位在选址的过程中，却没有专业性的指导，导致选址不合理。这样不仅会直接影响到工程施工的安全性，还会为建筑物的使用带来安全隐患，相应的，土木工程的建设质量也会受到影响。

图3 光伏发电系统等效功率源模型 Fig.3 Equivalent power source model of PV

图3中，V和Ph分别为光伏发电系统的稳态等效电压和电压相位。为求解V和Ph，需搭建光伏发电系统的电气外特性计算模块，如图4所示。Pm为某一地区光伏的额定功率，其中S、T、UPCC、Pm为输入量，Th为前一时刻的光伏发电系统的电压相位(其值与前一时刻的Ph值相等)，V和Ph为输出量。根据已有的输入量，在该模块中编程实现式(1)～式(7)的运算，从而求解出V和Ph。

图4 光伏发电系统的电气外特性计算模块 Fig.4 Calculation module of electric external characteristics of PV

3.1.2 谐波等效模型

在Matlab/2014b搭建出IEC闪变仪模型，并将图8中的升压变110kV侧电压一天的波动情况作为IEC闪变仪的输入，经IEC闪变仪测量得到该光伏电站的长时闪变值为0.21，小于限值0.699。因此，该光伏电站造成的电压波动与闪变均符合国标要求，不会引起电压闪变问题。

(8)

表1 各次谐波对应的Kh取值 Tab.1 Value of Kh for different harmonics

h35711139>13偶次Kh1.621.280.720.180.08000

在确定了光伏发电系统、线路、变压器的详细参数的基础上，明确各地块中光伏发电单元的数量和电气接线方式，便可在PSCAD中搭建该光伏电站的电能质量仿真模型，其等值图如图7所示，各地块的内部电气连接分别在各自模块内建模。

本文利用PSCAD/EMTDC搭建出一个等效谐波源模型，其仿真模型如图5所示。

图5 等效谐波源模型 Fig.5 Equivalent harmonic source model

该模型的主要元件为谐波电流产生元件和同次谐波叠加元件。①谐波信号产生元件：根据光伏发电系统的出厂谐波测试数据，可通过设置谐波信号产生元件输出不同工况下光伏发电系统的2～25次谐波电流，从而以谐波源的方式表征光伏发电系统的谐波特性。②同次谐波叠加元件：该元件是根据式(8)构建的同次谐波叠加模块，可通过输入谐波信号和光伏系统个数a，等效输出a个并联的光伏发电系统向电网注入的谐波电流。

3.1.3 光伏发电系统等效模型

本文将光伏发电系统等效模型分为功率等效和谐波等效两部分[14]，建立了功率源模型与谐波源模型并联的等效模型，该模型能等效光伏发电系统在公共连接点(PCC)处产生的功率特性和谐波特性，具体的PSCAD模型如图6所示。

图6 考虑谐波注入的单个光伏发电系统等效模型 Fig.6 Equivalent model of single PV considering harmonic

3.2 大型光伏电站电能质量仿真模型

为验证所提光伏发电系统等效模型的可行性，将其应用于广东省某大型光伏电站电能质量预评估的建模分析中。

该大型光伏电站的建设规模约为50MW，分为39个发电单元，分布于5个地块。发电单元通过39台箱式变压器(其中27台容量为1000kV·A，12台容量为1600kV·A)接入35kV母线，经过5条集电线路(线路型号为LGJ-240，线路长度为5km)送至新建的110kV升压站，最终通过一回110kV架空线路送至变电站。

一是要调整建设监理招标投标模式。应根据石漠化综合治理工程特点，及时调整原先一家监理单位监理一个县或多个县石漠化综合治理工程的工作模式，按照全省、单个地（州、市）或临近几个县同一年度项目为一个标的，采取联合体招标投标形式选择建设监理单位。要求参加招标投标的联合体必须由具备石漠化综合治理工程建设管理所需的各项资质及专业技术力量单位组成，确保监理具体工作中的技术问题得以有效解决。

计算两个以上同次谐波叠加时，应首先将两个谐波叠加，然后再与第3个谐波源产生的同次谐波相叠加，以此类推。

图7 大型光伏电站仿真模型等值图 Fig.7 Equivalence diagram of simulation modelof large PV power station

4 大型光伏电站的电能质量预评估

根据国标中对电能质量指标的规定，本文从电压偏差、电压波动和闪变、谐波、三相电压不平衡度4个方面评估该光伏电站接入电网后对电能质量的影响。

在光伏电站中，由于线路和变压器需要吸收无功功率，会在电网中产生功率损耗，引起电压偏差。

4.1 电压偏差

通过表4可看出，同一红土镍矿采用侧吹浸没燃烧工艺，与其他电炉和高炉工艺相比，成本有较大优势。侧吹工艺成本低的主要原因：仅使用廉价的褐煤或烟煤；采用高富氧操作，烟气带走热量大为减少；冶炼工艺为熔池熔炼工艺，反应速率快，床能率高。

本文用PSCAD/EMTDC软件对光伏电站进行建模仿真，计算得到光伏电站的出力分别在额定功率的100%、70%、50%、30%时“变电站110kV母线”和“升压变110kV母线”的电压偏差，具体电压偏差的情况见表2。

表2 光伏电站接入系统造成的电压偏差值 Tab.2 Voltage deviation caused by PV power station

光伏电站出力功率因数电压偏差(%)变电站110kV母线升压变110kV母线100%额定功率0.95(滞后)3.533.850.95(超前)-4.33-4.4870%额定功率0.95(滞后)3.493.720.95(超前)-1.32-1.3850%额定功率0.95(滞后)3.253.420.95(超前)0.050.0230%额定功率0.95(滞后)2.882.980.95(超前)1.071.06

由表2可知，光伏电站接入电网，出力分别在额定功率的100%、70%、50%、30%时，升压变110kV母线侧产生的最大正电压偏差为3.85%，最大负电压偏差为-4.48%，根据《GB/T 12325-2008》，35kV及以上供电电压正、负偏差绝对值之和不超过标称电压的10%。因此，该光伏电站接入系统引起的电压偏差符合电能质量要求。

4.2 电压波动和闪变

4.2.1 电压波动

光伏发电系统的输出特性与太阳光照强度和电池温度有关，依靠最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking, MPPT)能保证时刻对外输出最大功率[13]。因而对于给定的光伏发电系统，据式(1)和式(2)，可求出任意太阳光照强度和电池温度条件下的最大输出功率为：

粒子滤波是一种基于蒙特卡洛仿真的近似贝叶斯滤波算法。其核心思想是用一些离散随机采样点近似系统随机变量的概率密度函数，以样本均值代替积分运算，从而获得状态的最小方差估计。

图8 一天内升压变110kV侧电压变化曲线 Fig.8 Voltage curve of 110kV side of booster station in one day

泸州航空航天产业园区管委会主任钟华贵告诉《中国经济周刊》记者，四川区域经济板块特征突出，就单一城市而言，目前还未形成真正意义上的经济副中心城市。泸州航空航天产业园区采取主动走出去，与行业内具有世界领先水平的德国、俄罗斯等国家，以及清华大学、北京航空航天大学等国内一流高校合作，进行产学研并进、政军民融合的探索。

(9)

根据仿真结果可知，升压变的电压降落较大，一天内升压变110kV侧电压波动最大值d=1.0%，出现在14∶00附近，其电压波动值符合国家标准2.5%限值的要求。

4.2.2 电压闪变

根据IEC标准关于闪变的定义，本文采用国际电热协会(UIE)推荐给出的国际上通用的闪变测量仪进行电压闪变的测量，其简化框图如图9所示。

弹性车轮区别于刚性车轮的地方在于车轮轮箍与轮芯之间增加了一层橡胶。目前弹性车轮大多为压缩剪切复合型，它能够承受压缩力和剪切力，且结构简单，方便安装和维修。橡胶材料采用Mooney-Rivlin模型，其材料常数为：C1=0.9012MPa，C2=0.5125MPa；泊松比υ=0.499 7[9]。

图9 IEC闪变仪模型的简化框图 Fig.9 Simplified block diagram of IEC flicker model

光伏发电系统的谐波相角与电池温度、光伏板角度、辐照度、逆变器控制方式等因素相关，故处于不同位置的光伏发电系统的谐波相角关系无法预测，因此，本文假设各光伏发电系统产生的谐波之间的相角为随机变量。依据国标可知，当两个谐波源的同次谐波电流Ihi及Ihj在一条线路上叠加，其相角为随机变量时，两者合成的同次谐波电流为Ih，具体计算公式如式(8)所示，式(8)中，Kh为同次谐波电流的相关系数，其取值见表1。

4.3 谐波

光伏发电系统投入运行后逆变器始终处于工作状态，因此并网运行会引起谐波注入问题。根据逆变器的谐波出厂测试报告，利用PSCAD对光伏电站谐波注入进行仿真。

针对李渔的戏曲创作理论与拟话本小说的研究，前人已经取得许多有价值的成果，本文将着重从《无声戏》《十二楼》的拟话本创作特色出发，进一步挖掘李渔戏曲理论的创新性和独特性，并对李渔戏曲创作的艺术价值和对后世的影响作简要评析。

4.3.1 谐波电压

根据国家标准《电能质量-公用电网谐波》规定，110kV电压等级的电网电压总畸变率限值为2%。以A相为例，由仿真计算得到的升压变110kV母线侧A相各次谐波电压含有率见表3。经仿真计算可知，升压变110kV母线侧谐波电压总畸变率为0.27%，符合国家标准。

电动机的轴伸强度是一个比较关键的因素。初步选定轴的材料为15MnMoV，该材料抗张强度大于640 N/mm2，屈服点大于400 N/mm2，抗张强度较大，屈服点较高。对于轴伸直径的选取，既要满足负载转矩的要求，又不能过大，否则无法选取合适的轴承。

4.3.2 谐波电流

根据仿真结果绘出谐波电流频谱如图10所示。根据仿真结果知，光伏电站接入电网，并网点主要谐波为2次、5次、7次、11次谐波电流。各次谐波电流大小分别为0.51A、0.42A、0.51A、0.31A，均小于国标规定的谐波电流允许注入限值，因此谐波电流符合电能质量要求。

表3 升压变电站110kV母线侧A相各次谐波电压含有率 Tab.3 Harmonic voltage content of phase A of 110kV side of booster station (单位：%)

谐波次数2345678910111213谐波电压限值0.81.60.81.60.81.60.81.60.81.60.81.6谐波电压含有率0.030.010.030.070.010.10.020.010.020.090.010.01是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格谐波次数141516171819202122232425谐波电压限值0.81.60.81.60.81.60.81.60.81.60.81.6谐波电压含有率0.080.010.020.0100.020000.0200.06是否合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格合格

图10 谐波电流频谱图 Fig.10 Harmonic current spectrum

4.4 三相电压不平衡度

国标规定电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，短时允许值为4%，三相电压不平衡度计算公式如式(10)所示。其中U2表示电压负序分量，U1表示电压正序分量：

(10)

当逆变器运行功率因数为1时，对考核点(升压变110kV母线)的三相电压不平衡度进行计算，将采集到的母线电压进行正负零序分量的提取，按照式(10)进行计算，结果显示考核点的三相电压不平衡度为4.88×10-5%，不会产生三相电压不平衡的电能质量问题。

5 结论

(1)本文提出基于电气外特性的光伏发电系统功率等效模型，以光照强度和电池温度作为功率等效模型的输入量，进而获得稳态输出电流。该模型简化了光伏发电系统建模过程，在仿真计算过程中不需要迭代计算，提高了光伏发电系统的仿真计算效率，具有良好的工程应用价值。

随着“一带一路”建设的推进，利益协调、风险分担、机制对接、纠纷化解等方面的问题不断凸显。解决这些问题可以采用多种机制，其中法治机制具有独特的功能和作用。分析“一带一路”建设的法治机制不健全的原因并提出对策，有利于稳定国内外对“一带一路”建设的预期及提高国家治理体系和治理能力现代化的水平。“一带一路”建设的法治机制不健全的原因很多，主要有以下6个方面。

(2)本文提出了以功率源加谐波源的方式表征光伏发电系统的功率特性和谐波特性的等效光伏发电系统模型。可通过调节光伏发电系统的个数等效替代多个光伏发电系统的输出特性，其建模过程简便，适用于大型光伏电站(大量光伏电源)并网的电能质量预评估分析，可推广性强。

(3)本文基于PSCAD/EMTDC对某大型光伏电站并网进行详细的电能质量预评估，包括电压偏差、电压波动和闪变、谐波和三相电压不平衡等电能质量指标，验证了所提模型和预评估方法的实用性和工程应用价值。

参考文献 (References)：

[1] 韩富佳，王淳(Han Fujia, Wang Chun).基于Matlab的分布式光伏并网发电系统对配电网电能质量的影响(Influences of the distributed photovoltaic grid-connected generation system on the distribution network power quality based on Matlab)[J]. 电测与仪表(Electrical Measurement & Instrumentation)，2015，52(14)：16-21.

[2] 樊世超(Fan Shichao). 光伏电站的等效建模研究(Investigation on equivalent modeling of photovoltaic power plants)[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学 (Harbin:Harbin Institute of Technology)，2016.

[3] 王海红(Wang Haihong).光伏电站建模及基于配电网可靠性的光伏渗透率研究(Research on the model of the PV plant and photovoltaic permeability based on distribution network reliability)[D].北京：华北电力大学(Beijing:North China Electric Power University)，2013.

[4] Wu Tsaifu，Shen Chiihlung，Nein Hungshou，et al．A 1φ3W inverter with grid connection and active power filtering based on nonlinear programming and fast-zero-phase detection algorithm[J]．IEEE Transactions on Power Electronics，2005，20(1)：218-226.

[5] 李会平(Li Huiping). 光伏发电系统建模及并网控制策略研究(PV power generation system modeling and research of grid-tied control strategy)[D].天津：天津理工大学(Tianjin:Tianjin University of Technology)，2014.

[6] 王旭阳(Wang Xuyang).大规模光伏电站建模及外特性研究(Modeling of large scale photovoltaic power station and research on its external characteristics)[D]．北京：北京交通大学(Beijing:Beijing Jiaotong University)，2012．

[7] Bouzidia K，Chegaar M，Aillerie M．Solar cells parameters evaluation from dark I-V characteristics[J]．Energy Procedia，2012，18(4)：1601-1610．

[8] 谢宁，罗安，陈燕东，等(Xie Ning, Luo An, Chen Yandong, et al.).大型光伏电站动态建模及谐波特性分析(Dynamic modeling and characteristic analysis on harmonics of photovoltaic power stations)[J].中国电机工程学报(Proceedings of the CSEE)，2013，33(36)：10-17,4.

[9] Enslin J H R，Heskes P J M. Harmonic interaction between a large number of distributed power inverters and the distribution network[J]. IEEE Transactions on Power Electronics，2004，19(6)：1586-1593.

[10] Agorreta J L，Borrega M，Lopez J，et al. Modeling and control of N-paralleled grid-connected inverters with LCL filter coupled due to grid impedance in PV plants[J].IEEE Transactions on Power Electronics，2011，26(3)：770-785.

[11] 耿攀，吴卫民，叶银忠，等(Geng Pan, Wu Weimin, Ye Yinzhong, et al.).基于重复控制的单相分时复合级联光伏逆变器控制(Single-phase time-sharing cascaded photovoltaic inverter based on repetitive control)[J].电工技术学报(Transactions of China Electrotechnical Society)，2011，26(3)：116-122.

[12] 刘兴杰，郭栋，王凯龙(Liu Xingjie，GuoDong，WangKailong.).基于电气外特性的光伏发电系统模型等效方法(Equivalent modeling method for PV system based on its electric external characteristics)[J].电工技术学报(Transactions of China Electrotechnical Society)，2014，29(10)：231-238,265.

[13] 刘邦银， 段善旭，刘飞，等(Liu Bangyin, Duan Shanxu, Liu Fei, et al.).基于改进扰动观察法的光伏阵列最大功率点跟踪(Photovoltaic array maximum power point tracking based on improved perturbation and observation method)[J].电工技术学报(Transactions of China Electrotechnical Society)，2009，24(6)：91-94.

[14] 欧阳森，梁伟斌(Ouyang Sen, Liang Weibin).基于PSCAD/EMTDC的电气化铁路接入电网的电能质量评估方法(An evaluation method of power quality about electrified railways connected to power grid based on PSCAD/EMTDC)[J].电工电能新技术(Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy)，2016，35(12)：52-58.