光伏發(fā)電并網(wǎng)仿真試驗(yàn)報(bào)告

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三相兩級式光伏并網(wǎng)仿真試驗(yàn)報(bào)告

（此仿真務(wù)必用matlab2023b開啟）

1仿真要求

光伏仿真主電路及參數(shù)如下：

L5mH

Uc2500V

L23mH

V

Uoc44.2VIsc5.29AUm35.4VIm4.95APm175Wp

12

NY/,Uk%16

仿真要求：

1、建立光伏陣列的數(shù)學(xué)模型；

2、DC/DC換流器實(shí)現(xiàn)MPPT，算法自定；

3、三相VSC，在dq坐標(biāo)系下實(shí)現(xiàn)直流電壓和電流的控制，控制器采用PI控制器。

4、采用頻率和開關(guān)頻率6kHZ。5、仿真軟件自選。

6、仿真完成的同時(shí)，編寫仿真試驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告應(yīng)包括：模塊功能介紹，控制器參數(shù)，光伏陣列伏安特性及功率特性，MPPT仿真結(jié)果，交流側(cè)電壓電流波形（單位功率因數(shù)、發(fā)出感性無功、吸收感性無功）。

2光伏陣列模塊

（1）模塊的搭建

光伏陣列的輸出具有非線性特征，并且其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載狀況影響。在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時(shí)，光伏電池的輸出功率才能達(dá)到最大值。光伏電池的等效物理模型如圖1所示。

RS

IL

IphRL

圖1光伏電池等效物理模型

設(shè)在任意太陽輻射強(qiáng)度RWm2和環(huán)境溫度T，25C條件下，Isc為短路電流，Voc為開路電壓，Im為最大功率點(diǎn)電流，Vm為最大功率點(diǎn)電壓，當(dāng)光伏陣列電壓為V，其對應(yīng)的電流I為：

IIsc1C1expV/C2Voc1C11Im/IscIscexpVm/C2Voc

C2Vm/Vsc1/Im1Im/IscDIR/Rref*DTR/Rref1Isc

DVDTRsDI

DTTTref

TTtcR

式中tc為太陽電池模塊的溫度系數(shù)；Rref、Tref分別為太陽日照強(qiáng)度和太陽能電池溫度

參考值；α：在參考日照下，電流變化溫度系數(shù)(Amps/℃)；β：在參考日照下，電壓變化溫度系數(shù)(V/℃)；Rs：光伏模塊的串聯(lián)電阻。

基于上述的數(shù)學(xué)模型，利用Simulink工具建立光伏陣列仿真模型，如下圖，可以獲得任意太陽輻射，環(huán)境溫度下的光伏電池的電壓和電流。

圖2光伏電池仿真模型

（2）參數(shù)的設(shè)置

為了實(shí)現(xiàn)8串4并的光伏陣列的模擬，可將參數(shù)按如下設(shè)置

短路電流：Isc=5.29*4A開路電壓：Uoc=44.2*8V最大功率點(diǎn)電流：Im=4.95*4A最大功率點(diǎn)電壓：Um=35.4*8V太陽能電池溫度：T=20C光伏電池溫度參考值：Tref=25C太陽輻射：R=1000W/m2

電流變化溫度系數(shù)：=0.0012*4.5A/C電壓變化溫度系數(shù)：=0.005*42*(-1)V/C內(nèi)部串聯(lián)損耗：Rs=-1*0.1輻射系數(shù)：K=0.00098

（3）特性曲線光伏陣列的輸出特性：

光照強(qiáng)度和溫度不變時(shí)的I-U特性、P-U特性如下圖。

圖3光伏電池的I-U特性、P-U特性

3逆變器模塊

（1）模塊的搭建

圖4逆變器仿真模型

（2）特性曲線

圖5逆變器輸入輸出特性曲線

（3）參數(shù)的設(shè)置

L=0.032H；C=180*10-6F

4．DC/DC換流器模塊

DC/DC換流模塊主電路是一個(gè)升壓boost

電路，對直流電壓進(jìn)行升壓。在經(jīng)

過MPPT控制模塊實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤之后，由MPPT模塊給出控制信號，DC/DC換流模塊接受該信號開始工作。模塊搭建如圖

圖6DC/DC換流器電路

參數(shù)設(shè)置：

5最大功率點(diǎn)追蹤模塊

（1）仿真原理

在雙級光伏發(fā)電系統(tǒng)中，采用DC／DC環(huán)節(jié)完成最大功率控制的任務(wù)．即調(diào)理DC／DC變換器的控制脈沖占空比．相當(dāng)于調(diào)理光伏組件輸出側(cè)的等效負(fù)載的大小，使等效負(fù)載與光伏電池組件在該環(huán)境條件下工作于最大功率點(diǎn)時(shí)對應(yīng)的負(fù)載大小一致，以使電池組件工作于最大功率點(diǎn)。

這個(gè)仿真中采用的是擾動(dòng)法，基本思想：首先擾動(dòng)光伏電池的輸出電壓，然后觀測光伏電池輸出功率的變化，根據(jù)功率變化的趨勢連續(xù)改變擾動(dòng)電壓方向，使光伏電池最終工作于最大功率點(diǎn)。（2）模型搭建

圖6擾動(dòng)法仿真模型圖7PWM調(diào)制仿真模型

該方法采用反饋控制，分為電壓擾動(dòng)法和電流擾動(dòng)法。這里才用的的電壓擾動(dòng)。用第n時(shí)刻P(n)與第n－1時(shí)刻的采樣值P(n－1)差值是否大于零來判定光伏電池是否工作在最大功率點(diǎn)處。假使是，則保持?jǐn)_動(dòng)方向;否則改變擾動(dòng)方向。根據(jù)上述思想，建立了占空比擾動(dòng)法的仿真模型，如圖4所示V和I分別為采樣的電壓和電流，零階保持器的采樣間隔設(shè)置為0.00001s，RepeatSequence的Timevalues設(shè)置為[00.00050.001]，可以產(chǎn)生波形穩(wěn)定占空比可調(diào)的矩形脈沖，仿真模型的仿真時(shí)間設(shè)置為1s。占空比擾動(dòng)法最大仿真步長難以確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，分別設(shè)置為0．00001和0．0001，可以取得較好的控制效果。通過屢屢仿真試驗(yàn)可知，在仿真中假使采用較大步長進(jìn)行干擾，可以獲得較快的響應(yīng)速度，但達(dá)到穩(wěn)態(tài)后功率在最大功率點(diǎn)小范圍內(nèi)振蕩;采用較小的步長使得跟蹤速度過慢，在外界環(huán)境猛烈變化狀況下可能發(fā)生誤判。（3）MPPT仿真結(jié)果

圖7實(shí)現(xiàn)MPPT的P-t曲線

圖8實(shí)現(xiàn)MPPT的U-t曲線

圖9Udc的輸出波形

6控制系統(tǒng)

光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的核心是并網(wǎng)逆變器，其控制系統(tǒng)的好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)的性能，本仿真中逆變器采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙環(huán)控制策略，其中電壓外環(huán)用于控制逆變器的輸出電壓，電流內(nèi)環(huán)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)側(cè)電流的波形和相位控制，電流內(nèi)環(huán)的動(dòng)態(tài)性能直接影響電壓外環(huán)的控制性能和穩(wěn)定性。調(diào)制時(shí)需要將電網(wǎng)側(cè)的電流、電壓由靜止的abc坐標(biāo)系下變換到同步旋轉(zhuǎn)的dq坐標(biāo)系下。外環(huán)PI的參數(shù)Kp=10，Ki=20；Kp=1，Ki=2；內(nèi)環(huán)PI的參數(shù)Kp=5，Ki=50。

交流側(cè)電壓方程：

Va=Ria+L

dia

+eadtdi

Vb=Rib+Lb+eb

dtdi

Vc=Ric+L+ec

dt

變換到旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)下:

vdRidedLiqKpi(1

1

)(idrefid)Tiis

1

)(iqrefiq)

Tiis

vqRiqeqLidKpi(1

IUdcref

RidedLiq

q

RidedLiq

圖10d-q坐標(biāo)系下的PI控制框圖

交流側(cè)電壓電流波形仿真結(jié)果：（1）單位功率因數(shù)時(shí)

圖11單位功率因數(shù)交流側(cè)a相電壓電流波形

圖12單位功率因數(shù)交流側(cè)a相電壓與逆變器輸出電流波形

（2）發(fā)出感性無功時(shí)

圖13發(fā)出感性無功交流側(cè)a相電壓電流波形

（3）吸收感性無功時(shí)

圖14吸收感性無功交流側(cè)a相電壓電流波形

7結(jié)論

光伏電池仿真結(jié)果很理想，d