分布式光伏發(fā)電建模

1、第1章 緒論隨著負(fù)荷的快速增長(zhǎng)以及電力市場(chǎng)的逐步推行，傳統(tǒng)的集中式發(fā)電已經(jīng)不能滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)能源及電力供給的需求。近年來(lái)，集中式發(fā)電收到其自身缺陷的限制，對(duì)電力供給的穩(wěn)定的平安帶來(lái)了影響。為了解決這類(lèi)問(wèn)題，一種高效、靈活、可靠、經(jīng)濟(jì)的發(fā)電方式應(yīng)運(yùn)而生，即分布式發(fā)電技術(shù)。分布式發(fā)電技術(shù)通常指發(fā)電功率在數(shù)千瓦至數(shù)兆瓦的小型模塊化且分散布置在用戶附近的高校、可靠、清潔、可持續(xù)開(kāi)展的發(fā)電技術(shù)。分布式電源主要包括微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等新能源。分布式電源的開(kāi)發(fā)、研究和建設(shè)，有如下意義：1. 城市的大規(guī)模開(kāi)展，使得新的配電線路開(kāi)辟越來(lái)越困難，而直接在用戶近旁安裝分布式電源是一種很有效的

2、替代方案。2. 對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)，可以依靠當(dāng)?shù)刎S富的自然資源，選擇合理的分布式發(fā)電方式能夠很有效的節(jié)約籌建投資達(dá)的電網(wǎng)。3. 隨著電力市場(chǎng)的逐步推行，用戶對(duì)供電可靠性、電能質(zhì)量以及電價(jià)的關(guān)注日益增加，而采用分布式發(fā)電那么有利于降低用戶電價(jià)，提高電能質(zhì)量和供電可靠性，同時(shí)滿足用戶多方面的要求，為用戶提供更多的用電選擇。4. 分布式電源成為了一種以電網(wǎng)最大經(jīng)濟(jì)為目的的調(diào)頻、調(diào)峰的手段。由于分布式電源的引入，電源的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型出現(xiàn)了PQ、PI、PV、PQV節(jié)點(diǎn)。含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算的作用是計(jì)算線路中的功率和電壓，有時(shí)也會(huì)用來(lái)評(píng)估其并網(wǎng)后對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生的影響，并且是分析分布式電源對(duì)電網(wǎng)靜態(tài)穩(wěn)定性影響等

3、其他研究工作的根底，因此研究含分布式電源的配電網(wǎng)潮流計(jì)算有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值。第2章 光伏電池特性及其仿真模型的建立2.1 光伏電池等效電路根據(jù)電子學(xué)理論，太陽(yáng)電池的等效電路如下圖圖2-1 光伏電池等效電路圖太陽(yáng)能光伏電池的發(fā)電狀態(tài)的電流方程為：I=Iph-Id-Ish由電子學(xué)理論可知，太陽(yáng)能光伏電池的數(shù)學(xué)模型可等效為：I=Iph-I0eqV+RsIAKT-1-V+RsIRsh其中，參數(shù)意義如下：符號(hào)意義符號(hào)意義I光伏電池輸出電流Rsh光伏電池的并聯(lián)電阻V光伏電池輸出電壓Rs光伏電池的串聯(lián)電阻Iph光生電流A二極管特性因子I0二極管飽和電流K玻爾茲曼常數(shù)Ish流過(guò)二極管的電流T光伏電池溫

4、度q電子的電荷量表2-1 光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型參數(shù)意義表2.2 光伏電池仿真模型的建立2.2.1 工程用光伏電池的數(shù)學(xué)模型上式是基于物理原理的太陽(yáng)能電池最根本的解析表達(dá)式，已被廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)電池的理論分析中，但表達(dá)式中的5個(gè)參數(shù)，包括Iph、I0、Rs、Rsh、A，它們不僅與電池溫度和日射強(qiáng)度有關(guān)，而且確定十分困難，因此不便于工程應(yīng)用，也不是太陽(yáng)電池供給商向用戶提供的技術(shù)參數(shù)。工程用模型強(qiáng)調(diào)的是實(shí)用性與精確性的結(jié)合，通常要求僅采用供給商提供的幾個(gè)重要技術(shù)參數(shù)，如Isc、Voc、Im、Vm，就能在一定的精度下復(fù)現(xiàn)列陣的特性，并能便于計(jì)算機(jī)分析。在近似簡(jiǎn)化前，需要考慮一下Rs和Rsh：在光伏電池中，并

5、聯(lián)電阻Rsh阻值很大，而串聯(lián)電阻Rs阻值那么非常小。由于Rs和Rsh是分別并聯(lián)、串聯(lián)在電路中的，因此在進(jìn)行計(jì)算時(shí)那么可以進(jìn)行以下近似：1. 由于Rsh很大，使得V+RsIRsh遠(yuǎn)小于光伏電池的電流，通常將該項(xiàng)忽略，那么I=Iph-I0eqV+RsIAKT-12. 考慮到Rs通常遠(yuǎn)小于二極管正向?qū)娮?，因此設(shè)定Iph=Isc，那么I=Isc-I0eqV+RsIAKT-1此外，還需要考慮光伏電池處于最大功率點(diǎn)和開(kāi)路狀態(tài)情況條件下，電壓和電流的關(guān)系：1. 處于最大功率點(diǎn)時(shí)，V=Vm，I=Im，那么Im=Isc-I0eqV+RsIAKT-12. 開(kāi)路狀態(tài)下，V=Voc，I=0，那么0=Isc-I0e

6、qVoc+RsIAKT-1綜合以上對(duì)光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型的分析，可將式簡(jiǎn)化為I=Isc1-C1eVC2Voc-1常溫條件下eVC2Voc1，可忽略其中的“-1項(xiàng)，解出C1，C1=1-ImIsceVC2Voc再由開(kāi)路條件下，有式，并把上式帶入，可得C2，C2=VmVm-1ln1-ImIsc本模型只需要輸入太陽(yáng)電池通常的技術(shù)參數(shù)Isc、Voc、Im、Vm，就可以根據(jù)式得出C1、C2，最后得出太陽(yáng)電池的I-V特性曲線。太陽(yáng)電池I-V特性曲線與光照強(qiáng)度和電池溫度有關(guān)。通常地面上光照強(qiáng)度S的變化范圍為0-1000Wm2，太陽(yáng)電池的溫度變化較大，可能為10-70。按標(biāo)準(zhǔn)，取Sref=1000Wm2，Tref=

7、25為參考光強(qiáng)和參考電池溫度。通過(guò)對(duì)參考光強(qiáng)和參考電池溫度下I-V特性曲線上任一點(diǎn)V，I的移動(dòng)，得到新光強(qiáng)和新電池溫度下的I-V特性曲線上任一點(diǎn)V，I為：dT=T-TrefdI=aSSrefdT+SSref-1IscdV=-bdT-RsdII'=I+dIV=V-dV式中：a:參考日照強(qiáng)度下的電流溫度系數(shù)b:參考日照強(qiáng)度下的電壓溫度系數(shù)2.2.2 光伏電池的simulink模型下列圖是根據(jù)上文中的數(shù)學(xué)模型建立的光伏電池simulink模型。圖2-2 simulink光伏電池模型對(duì)上圖光伏電池模型進(jìn)行封裝如下列圖。封裝之后還需針對(duì)其內(nèi)部可變參數(shù)進(jìn)行提取和關(guān)聯(lián)以便無(wú)需翻開(kāi)封裝系統(tǒng)就可以對(duì)光伏電池模型參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。關(guān)聯(lián)好的參數(shù)設(shè)置輸入窗口如圖。圖2-3 simulink光伏電池封裝子系統(tǒng)圖2-4 simulink光伏電池參數(shù)設(shè)置對(duì)話框至此光伏電池內(nèi)部建模結(jié)束，本文采用的光伏板數(shù)據(jù)如表所示最大功率Pm59.9W最大功率點(diǎn)處電流Im3.5A最大功率點(diǎn)處電壓Um17.1V短路電流Ics3.74A開(kāi)路電壓Uoc21.0V參考日照強(qiáng)度下的電流溫度系數(shù)0.0065參考日照強(qiáng)度下的電壓溫度