光伏并網(wǎng)建模與仿真(共10頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)建模與仿真【摘要】：為開(kāi)展太陽(yáng)能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的研究，本文通過(guò)電壓空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM技術(shù) 其諧波小、直流側(cè)電壓利用率高、算法簡(jiǎn)單、等特點(diǎn)應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的方法，能夠提高對(duì)光伏電池輸出直流電壓的利用，從而達(dá)到改善整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能?！娟P(guān)鍵詞】：光伏并網(wǎng)系統(tǒng)； SVPWM技術(shù) 1光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三相光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)包括以下三個(gè)部分：光伏陣列模塊、逆變器、控制器和電網(wǎng)，圖1是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，圖中光伏電池板接受太陽(yáng)光照射，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)并網(wǎng)逆變器逆變?yōu)榻涣麟娕c配電網(wǎng)絡(luò)并網(wǎng)運(yùn)行。圖1 光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1.1.光伏電池

2、數(shù)學(xué)模型光伏電池是光伏電源的最小單元，通常將一系列小功率的光伏電池組成光伏組件，再根據(jù)功率等級(jí)通過(guò)串并聯(lián)形成光伏陣列、得到光伏電源。光伏電池的基本結(jié)構(gòu)是能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換為電能的PN結(jié)，圖2顯示了其精確的等效模型，由光生電流源、二極管、串聯(lián)和并聯(lián)電阻組成。光伏電池產(chǎn)生的光生電流ph與光照強(qiáng)度成正比，流經(jīng)二極管的電流、Id隨著結(jié)電壓d及逆向飽和電流sat的不同而變化。圖2 光伏電池的等效電路相應(yīng)的U-I 特性為： （1.1）式中，玻爾茲曼常數(shù)k=1.38×10-23J/K；q=1.6×10-19C，為電子的電荷量；T為溫度；Rsh和Rs為并聯(lián)和串聯(lián)電阻;A為二極管的理想因子,1A

3、2，當(dāng)光伏電池輸出高電壓時(shí)A=1，當(dāng)光伏電池輸出低電壓時(shí)A=2； 和分別為光生電流和流過(guò)二極管的反向飽和漏電流，和 是隨環(huán)境變化的量，需根據(jù)具體的光照強(qiáng)度和溫度確定。工程上光伏電池的應(yīng)用模型通常只采用供應(yīng)廠商提供的幾個(gè)重要參數(shù)，包括標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（光照強(qiáng)度，環(huán)境溫度）, (光伏電池短路電流），（光伏電池最大功率點(diǎn)電流），（光伏電池開(kāi)路電壓）（光伏電池最大功率點(diǎn)電壓）。根據(jù)以上參數(shù)，在工程精度的要求范圍之內(nèi)，建立工程應(yīng)用的光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型，需要對(duì)表達(dá)式（2.1）做簡(jiǎn)化，隨著外界環(huán)境的變化，推算出當(dāng)前環(huán)境下（電池溫度為 T，光照強(qiáng)度為 S）的光伏電池參數(shù)， ， ，并求得此時(shí)光伏電池的I-U 特性曲線。

4、（1.2）1.2.光伏電池仿真模型根據(jù)光伏電池的數(shù)學(xué)模型，在Matlab/Simulink中建立仿真模型。模擬光伏電池在不同光照強(qiáng)度下的() I-U，P-U 特性曲線和在不同溫度（）下的I-U，P-U特性曲線。1.光伏電池在不同光照強(qiáng)度下的() 的simulink仿真模型圖3不同光照下的光伏電池模型仿真I-U、P-U 特性曲線圖圖4 不同光照強(qiáng)度下光伏電池I-U特性曲線圖5 不同光照強(qiáng)度下光伏電池P-U特性曲線2.光伏電池在不同溫度（）下的simulink仿真模型，圖6 不同溫度下的光伏電池模型仿真I-U、P-U特性曲線圖7 不同溫度下光伏電池I-U特性曲線圖8 不同溫度下光伏電池P-U特性曲

5、線仿真分析 根據(jù)述特性曲線圖，可以得出光伏電池伏安特性具有明顯的非線性特點(diǎn)。光伏電池既不是恒流源，也不是恒壓源，也不能為負(fù)載提供任意大的功率，它是一種非線性的直流電源。2.SVPWM技術(shù)空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM 從電壓空間矢量的原理出發(fā)，實(shí)質(zhì)是對(duì)三相正弦波中注入了零序分量的調(diào)制波進(jìn)行規(guī)則采樣的一種變形的 SPWM 技術(shù),但 SVPWM 技術(shù)較SPWM技術(shù)具有更高的直流側(cè)電壓利用率，更低的開(kāi)關(guān)頻率和更好的動(dòng)態(tài)性能 。圖9 三相橋式電壓型逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖9為三相逆變橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三相逆變橋的目的是按照一定的規(guī)律來(lái)控制三對(duì)橋臂晶體管的通斷，將直流側(cè)的電壓轉(zhuǎn)換為三相正弦電壓輸出。如圖9所示， 每相的上

6、橋臂與下橋臂的開(kāi)關(guān)動(dòng)作相反，把上橋臂開(kāi)關(guān)導(dǎo)通而下橋臂開(kāi)關(guān)關(guān)斷狀態(tài)記為“ 1 ”，相反的，上橋臂開(kāi)關(guān)關(guān)斷而下橋臂開(kāi)關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)記為“ 0 ”，因此，三相逆變電路一共有8種開(kāi)關(guān)組合，對(duì)應(yīng)8種電壓的輸出狀態(tài)（基本電壓矢量）,可分別命名為(000)、(001)、(010)、(011)、(100)、(101)、(110)、(111)，其中、成為零矢量，其余 6 個(gè)有效矢量成為非零矢量。非零矢量的幅值均為， 空間位置依次相差 60°， 這6個(gè)非零矢量分別位于一個(gè)正六邊形的6個(gè)頂點(diǎn)位置，將空間劃分為6個(gè)扇區(qū)，而兩個(gè)零矢量位于原點(diǎn) 。 表1 逆變器交流側(cè)電壓與開(kāi)關(guān)狀態(tài)的關(guān)系表1給出了逆變器交流側(cè)的輸出

7、電壓與開(kāi)關(guān)狀態(tài)的關(guān)系。由于逆變器輸出的電壓矢量只能是上面8種離散的狀態(tài)，無(wú)法獲得連續(xù)電壓矢量的運(yùn)行軌跡，所以利用這8種狀態(tài)的線性組合即可合成任意參考電壓矢量，來(lái)實(shí)現(xiàn)SVPWM信號(hào)的實(shí)時(shí)調(diào)制。一般分為以下三個(gè)步驟：（1）判斷參考電壓矢量所在的扇區(qū)；（2）計(jì)算相鄰兩開(kāi)關(guān)電壓矢量作用的時(shí)間；（3）根據(jù)開(kāi)關(guān)矢量作用時(shí)間合成三相PWM信號(hào)。2.1 參考電壓矢量所處扇區(qū)N的判斷根據(jù)參考電壓矢量 所在的二維靜止坐標(biāo)系軸和軸的分量、來(lái)判斷所在扇區(qū)N。 令： （3.1）若>0，則A=1,否則A=0;若>0, 則B=1,否則B=0;若>0, 則C=1,否則C=0。式中：A=sign（）；B=si

8、gn（）；C=sign（）。令N=4C+2B+A，通過(guò)N取值不同值來(lái)判斷所在扇區(qū)。表2 N與扇區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系N315462扇區(qū)IIIIIIIVVVI2.2 為了算出相鄰兩個(gè)矢量的分別作用為了算出相鄰兩個(gè)矢量的分別作用時(shí)間、，我們定義： （3.2）對(duì)于不同的扇區(qū)，、的作用時(shí)間按表3 取值，、賦值后，還要對(duì)其進(jìn)行飽和判斷。若，取，。表3 、對(duì)應(yīng)關(guān)系賦值表扇區(qū)號(hào)IIIIIIIVVVI-ZZX-X-YYXY-YZ-ZX2.3根據(jù)開(kāi)關(guān)矢量作用時(shí)間合成三相PWM 信號(hào)要合成三相PWM 信號(hào)，首先要計(jì)算矢量切換點(diǎn)、的值。 定義：則在不同的扇區(qū)內(nèi)根據(jù)表4 矢量切換點(diǎn)、賦值表表4進(jìn)行賦值，計(jì)算矢量切換點(diǎn)。扇區(qū)號(hào)I

9、IIIIIIVVVI得到矢量切換點(diǎn)后，可與三角載波進(jìn)行比較，最終獲得6路脈沖送入三相逆變橋的控制輸入端。2.4 SVPWM 仿真模型SVPWM算法在simulink中搭建的仿真模塊如圖所示圖10 SVPWM波生成模塊3.光伏并網(wǎng)仿真3.1三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)simulink模型UabcIabc圖11 光伏并網(wǎng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中采用的是PQ控制，PQ控制是通過(guò)調(diào)節(jié)有功電流和無(wú)功電流使其跟蹤參考電流實(shí)現(xiàn)的。發(fā)電系統(tǒng)只向電網(wǎng)輸出有功功率，即為零，逆變器功率因數(shù)為 1.0；在某些特殊情況下，并網(wǎng)系統(tǒng)也可以輸出無(wú)功功率，不為零。對(duì)d軸、q軸電流采用PI調(diào)節(jié)，從而得到電壓的控制量，再通過(guò)坐標(biāo)變換來(lái)進(jìn)行SVPWM控制逆變器進(jìn)行并網(wǎng)。3.2仿真模型三相光伏并網(wǎng)仿真模型如圖11所示，仿真參數(shù)設(shè)置如下：電網(wǎng)電壓為380V，頻率50Hz，直流側(cè)母線電壓600V，輸出有功功率參考值為14Kw，無(wú)功功率參考值為0var。設(shè)置d軸參考電流值為30A，q軸參考電流值為0A。圖11 光伏并網(wǎng)simulink模型電流仿真圖級(jí)分析圖12 并網(wǎng)電流仿真圖（a）（b）圖13 電網(wǎng)電壓 A 相電壓與并網(wǎng) A 相電流圖12是電網(wǎng)電壓 A相電壓與并網(wǎng) A相電流的波形圖，圖1