光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與仿真課件

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與數(shù)字仿真光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與數(shù)字仿真CompanyLogoContents電力系統(tǒng)數(shù)字仿真概述123結(jié)論4直流變換器中的分岔現(xiàn)象光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的建模與仿真CompanyLoCompanyLogo電力系統(tǒng)數(shù)字仿真概述系統(tǒng)仿真的含義仿真（simulation）這個詞被引入科技領域，受到廣大科技人員的認可，但是其含義在許多科技文獻中說法并不一致。其中認為仿真的廣義定義為“仿真是用模型研究系統(tǒng)”。精確的定義為“仿真是用數(shù)值模型研究系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)的工作特征”。有的論著把在數(shù)字計算機上的“活的”模型做試驗稱為系統(tǒng)數(shù)字仿真。系統(tǒng)數(shù)字仿真的特點a.不受原型系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復雜性的限制;b.保證被研究和試驗系統(tǒng)的安全性;c.系統(tǒng)數(shù)字仿真試驗具有很好的經(jīng)濟性、有效性和方便性;d.可用于對設計中未來系統(tǒng)性能的預.電力系統(tǒng)數(shù)字仿真電力系統(tǒng)數(shù)字仿真是系統(tǒng)仿真的一個分支。在電力系統(tǒng)領域，人們很早就采用系統(tǒng)仿真的方法研究電力系統(tǒng)，從直流計算臺、交流計算臺、電力系統(tǒng)動態(tài)模型和模擬計算機等物理仿真到電力系統(tǒng)數(shù)字仿真。電力系統(tǒng)的科學研究和試驗從來都離不開系統(tǒng)仿真技術(shù)。在某種意義上，電力系統(tǒng)仿真的技術(shù)水平代表了電力系統(tǒng)科學研究水平。電力系統(tǒng)工作者一般把在物理模型上的仿真稱為動態(tài)模擬，而在數(shù)字計算機上數(shù)學模型的試驗稱為數(shù)字仿真。CompanyLoCompanyLogo光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模用于光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真軟件的綜合比較光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于電力電子應用系統(tǒng)的一種，有很多可以用于電力電子應用系統(tǒng)仿真的商用軟件，如PSPICE、MATLAB、SABER、SIMPLORER和PSIM等，這些商用軟件各有各的特點和適用范圍。PSPICE雖然人們在PSPICE下實現(xiàn)了電力電子器件模型，但是在將這些模型用于電路仿真并采用比較靈活的控制策略時仍有很大局限性，因此在PSPICE下實現(xiàn)像光伏發(fā)電閉環(huán)控制這種復雜控制策略，具有相當難度。MATLAB下的SIMULINK/powersystem在實現(xiàn)控制策略方面具有很大的優(yōu)勢，但是其采用的功率器件模型過于簡單，電力電子主電路建模也不夠靈活。SABER和SIMPLORER有自己的描述語言，可以進行用戶界面開發(fā)，適用于長期開發(fā)同類產(chǎn)品的設計。但是需要較長的學習過程，需要專業(yè)的軟件工程師來開發(fā)和維護，不適合單獨的項目研究和短期開發(fā)行為PSIM針對電力電子電路以及電力拖動而設計的軟件，其中的器件都基本采用理想模型，計算速度非常快，PSIM軟件具有C語言和MATLAB/SIMULINK借口，在容易實現(xiàn)電力電子主電路建模的基礎上，充分擴展了控制策略的實現(xiàn)方式CompanyLoCompanyLogo直流變換器中的分岔現(xiàn)象我們將建立一個一維迭代映射來描述整個系統(tǒng)，同時用反饋參考值作為變化參數(shù)。映射的形式表示如下：

（2-1）

xn表示系統(tǒng)的狀態(tài)變量，k為系統(tǒng)中的控制參數(shù)。Boost變換器將工作在三個不同的狀態(tài)，可以用以下一組微分方程來表示：CompanyLoCompanyLogo時，開關管S導通，二極管截止；時，開關管S截止，二極管導通；時，開關管S截止，二極管截止。其中A和B分別為：

（2-3）

（2-4）

CompanyLoCompanyLogo

在電路設計時應注意到電感L的取值，根據(jù)boost變換器臨界連續(xù)條件，電感取值應滿足：其中D是占空比，T是控制開關管的開關周期。本文將以分段函數(shù)模型（2-2）作為基礎，對boost變換器的運行過程進行分析和研究。將式（2-2）做離散化處理可以得到如下形式的差分方程：其中的處理后的差分方程為：CompanyLoCompanyLogoCompanyLo光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的建模與仿真CompanyLogo電流內(nèi)環(huán)控制模型在三相靜止對稱坐標系數(shù)學模型中，逆變器交流側(cè)均為時變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)設計。為此，可以通過坐標變換轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的(d、q)坐標系。這樣，經(jīng)坐標旋轉(zhuǎn)變換后，三相對稱靜止坐標系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流變量，從而簡化了控制系統(tǒng)設計。由三電平逆變器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，可以得到dq兩相電流微分方程為：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的建模與仿真www.themegallery.cCompanyLogod、q軸電流除受控制量、的影響外，還受到交叉耦合電壓、和電網(wǎng)電壓、的擾動。因此，需要對d、q軸電流進行解耦并引入電網(wǎng)電壓前饋進行更好的控制。同時，電網(wǎng)電壓前饋的引入有利于系統(tǒng)的動態(tài)性能得到進一步提高。由此，可以將系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)設計為：根據(jù)上述分析，構(gòu)造系統(tǒng)控制仿真模型CompanyLoCompanyLogo設置仿真時間為0.18s,在前0.1s功率跟蹤控制器輸出電壓給定值低于最大功率點電壓，后0.08s電壓給定值大于最大功率點電壓。圖2-9是A,B,C相并網(wǎng)電壓與電流波形圖。第一個周期由于仿真環(huán)境采用不等步長仿真，第一個周期點數(shù)比較多，所以顯得時間比較長，其實就是一個周波，這是給電容充電階段。整體上該電流與電壓是同相的,表明本文設置的并網(wǎng)控制器是有效的。CompanyLoCompanyLogoCompanyLoCompanyLogoCompanyLo結(jié)論根據(jù)新能源的發(fā)展趨勢，選擇并網(wǎng)光伏系統(tǒng)作為研究對象，同時結(jié)合分岔理論對其進行分析，發(fā)掘出系統(tǒng)中可能發(fā)生分岔現(xiàn)象的部分，以及產(chǎn)生分岔現(xiàn)象的參數(shù)條件，并用數(shù)學理論加以解釋，使其更加明確。利用MATLAB／Simulink仿真軟件，構(gòu)建了光伏并網(wǎng)發(fā)電控制仿真模型，搭建了三相光伏發(fā)電的并網(wǎng)仿真系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，采用功率跟蹤環(huán)、電壓環(huán)與電流內(nèi)環(huán)的三環(huán)控制結(jié)構(gòu)，能使交流電流很好地跟蹤交流電網(wǎng)電壓，實現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電的目標,同時指出為了減小并網(wǎng)功率的波動。

結(jié)論根據(jù)新能源的發(fā)展趨勢，選擇并網(wǎng)光伏系統(tǒng)作為研究對象，同時Clicktoeditcompanyslogan.ThankYou!Clicktoeditcompanyslogan.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與數(shù)字仿真光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的建模與數(shù)字仿真CompanyLogoContents電力系統(tǒng)數(shù)字仿真概述123結(jié)論4直流變換器中的分岔現(xiàn)象光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的建模與仿真CompanyLoCompanyLogo電力系統(tǒng)數(shù)字仿真概述系統(tǒng)仿真的含義仿真（simulation）這個詞被引入科技領域，受到廣大科技人員的認可，但是其含義在許多科技文獻中說法并不一致。其中認為仿真的廣義定義為“仿真是用模型研究系統(tǒng)”。精確的定義為“仿真是用數(shù)值模型研究系統(tǒng)在規(guī)定時間內(nèi)的工作特征”。有的論著把在數(shù)字計算機上的“活的”模型做試驗稱為系統(tǒng)數(shù)字仿真。系統(tǒng)數(shù)字仿真的特點a.不受原型系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復雜性的限制;b.保證被研究和試驗系統(tǒng)的安全性;c.系統(tǒng)數(shù)字仿真試驗具有很好的經(jīng)濟性、有效性和方便性;d.可用于對設計中未來系統(tǒng)性能的預.電力系統(tǒng)數(shù)字仿真電力系統(tǒng)數(shù)字仿真是系統(tǒng)仿真的一個分支。在電力系統(tǒng)領域，人們很早就采用系統(tǒng)仿真的方法研究電力系統(tǒng)，從直流計算臺、交流計算臺、電力系統(tǒng)動態(tài)模型和模擬計算機等物理仿真到電力系統(tǒng)數(shù)字仿真。電力系統(tǒng)的科學研究和試驗從來都離不開系統(tǒng)仿真技術(shù)。在某種意義上，電力系統(tǒng)仿真的技術(shù)水平代表了電力系統(tǒng)科學研究水平。電力系統(tǒng)工作者一般把在物理模型上的仿真稱為動態(tài)模擬，而在數(shù)字計算機上數(shù)學模型的試驗稱為數(shù)字仿真。CompanyLoCompanyLogo光伏發(fā)電系統(tǒng)的建模用于光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真軟件的綜合比較光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于電力電子應用系統(tǒng)的一種，有很多可以用于電力電子應用系統(tǒng)仿真的商用軟件，如PSPICE、MATLAB、SABER、SIMPLORER和PSIM等，這些商用軟件各有各的特點和適用范圍。PSPICE雖然人們在PSPICE下實現(xiàn)了電力電子器件模型，但是在將這些模型用于電路仿真并采用比較靈活的控制策略時仍有很大局限性，因此在PSPICE下實現(xiàn)像光伏發(fā)電閉環(huán)控制這種復雜控制策略，具有相當難度。MATLAB下的SIMULINK/powersystem在實現(xiàn)控制策略方面具有很大的優(yōu)勢，但是其采用的功率器件模型過于簡單，電力電子主電路建模也不夠靈活。SABER和SIMPLORER有自己的描述語言，可以進行用戶界面開發(fā)，適用于長期開發(fā)同類產(chǎn)品的設計。但是需要較長的學習過程，需要專業(yè)的軟件工程師來開發(fā)和維護，不適合單獨的項目研究和短期開發(fā)行為PSIM針對電力電子電路以及電力拖動而設計的軟件，其中的器件都基本采用理想模型，計算速度非?？?，PSIM軟件具有C語言和MATLAB/SIMULINK借口，在容易實現(xiàn)電力電子主電路建模的基礎上，充分擴展了控制策略的實現(xiàn)方式CompanyLoCompanyLogo直流變換器中的分岔現(xiàn)象我們將建立一個一維迭代映射來描述整個系統(tǒng)，同時用反饋參考值作為變化參數(shù)。映射的形式表示如下：

（2-1）

xn表示系統(tǒng)的狀態(tài)變量，k為系統(tǒng)中的控制參數(shù)。Boost變換器將工作在三個不同的狀態(tài)，可以用以下一組微分方程來表示：CompanyLoCompanyLogo時，開關管S導通，二極管截止；時，開關管S截止，二極管導通；時，開關管S截止，二極管截止。其中A和B分別為：

（2-3）

（2-4）

CompanyLoCompanyLogo

在電路設計時應注意到電感L的取值，根據(jù)boost變換器臨界連續(xù)條件，電感取值應滿足：其中D是占空比，T是控制開關管的開關周期。本文將以分段函數(shù)模型（2-2）作為基礎，對boost變換器的運行過程進行分析和研究。將式（2-2）做離散化處理可以得到如下形式的差分方程：其中的處理后的差分方程為：CompanyLoCompanyLogoCompanyLo光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的建模與仿真CompanyLogo電流內(nèi)環(huán)控制模型在三相靜止對稱坐標系數(shù)學模型中，逆變器交流側(cè)均為時變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)設計。為此，可以通過坐標變換轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的(d、q)坐標系。這樣，經(jīng)坐標旋轉(zhuǎn)變換后，三相對稱靜止坐標系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標系中的直流變量，從而簡化了控制系統(tǒng)設計。由三電平逆變器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標系下的數(shù)學模型，可以得到dq兩相電流微分方程為：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的建模與仿真www.themegallery.cCompanyLogod、q軸電流除受控制量、的影響外，還受到交叉耦合電壓、和電網(wǎng)電壓、的擾動。因此，需要對d、q軸電流進行解耦并引入電網(wǎng)電壓前饋進行更好的控制。同時，電網(wǎng)電壓前饋的引入有利于系統(tǒng)的動態(tài)性能得到進一步提高。由此，可以將系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)設計為：根據(jù)上述分析，構(gòu)造系統(tǒng)控制仿真模型CompanyLoCompanyLogo設置仿真時間為0.18s,在前0.1s功率跟蹤控制器輸出電壓給定值低于最大功率點電壓，后0.08s電壓給定值大于最大功率點電壓。圖2-9是A,B,C相并網(wǎng)電壓與電流波形圖。第一個周期由于仿真環(huán)境采用不等步長仿真，第一個周期點數(shù)比較多，所以顯得時間比較長，其實就是一個周波，這是給電容充電階段。整體上該電流與電壓是同相的,表明本文設置的并網(wǎng)控制器是有效的。CompanyLoCompanyLogoCompanyLoCompanyLogoCompanyLo結(jié)論根據(jù)新能源的發(fā)展趨勢，選擇并網(wǎng)光伏系統(tǒng)作為研究對象，同時結(jié)合分岔理論對其進行分析，發(fā)掘出系統(tǒng)中可能發(fā)生分岔現(xiàn)象的部分，以及產(chǎn)