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(gè)詞被引入科技領(lǐng)域，受到廣大科技人員的認(rèn)可，但是其含義在許多科技文獻(xiàn)中說(shuō)法并不一致。其中認(rèn)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(shí)間內(nèi)的工作特征”。有的論著把在數(shù)字計(jì)算機(jī)上的“活的”模型做試驗(yàn)稱為系統(tǒng)數(shù)字仿真。系統(tǒng)數(shù)字仿真的特點(diǎn)a.不受原型系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制;b.保證被研究和試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性;c.系統(tǒng)數(shù)字仿真試驗(yàn)具有很好的經(jīng)濟(jì)性、有效性和方便性;d.可用于對(duì)設(shè)計(jì)中未來(lái)系統(tǒng)性能的預(yù).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(gè)分支。在電力系統(tǒng)領(lǐng)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(jì)算臺(tái)、交流計(jì)算臺(tái)、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型和模擬計(jì)算機(jī)等物理仿真到電力系統(tǒng)數(shù)字仿真。電力系統(tǒng)的科學(xué)研究和試驗(yàn)從來(lái)都離不開(kāi)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(xué)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(dòng)態(tài)模擬，而在數(shù)字計(jì)算機(jī)上數(shù)學(xué)模型的試驗(yàn)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(yīng)用系統(tǒng)的一種，有很多可以用于電力電子應(yīng)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(diǎn)和適用范圍。PSPICE雖然人們?cè)赑SPICE下實(shí)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(shí)仍有很大局限性，因此在PSPICE下實(shí)現(xiàn)像光伏發(fā)電閉環(huán)控制這種復(fù)雜控制策略，具有相當(dāng)難度。MATLAB下的SIMULINK/powersystem在實(shí)現(xiàn)控制策略方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是其采用的功率器件模型過(guò)于簡(jiǎn)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(yǔ)言，可以進(jìn)行用戶界面開(kāi)發(fā)，適用于長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。但是需要較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)過(guò)程，需要專業(yè)的軟件工程師來(lái)開(kāi)發(fā)和維護(hù)，不適合單獨(dú)的項(xiàng)目研究和短期開(kāi)發(fā)行為PSIM針對(duì)電力電子電路以及電力拖動(dòng)而設(shè)計(jì)的軟件，其中的器件都基本采用理想模型，計(jì)算速度非?？?，PSIM軟件具有C語(yǔ)言和MATLAB/SIMULINK借口，在容易實(shí)現(xiàn)電力電子主電路建模的基礎(chǔ)上，充分?jǐn)U展了控制策略的實(shí)現(xiàn)方式CompanyLoCompanyLogo直流變換器中的分岔現(xiàn)象我們將建立一個(gè)一維迭代映射來(lái)描述整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)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(gè)不同的狀態(tài)，可以用以下一組微分方程來(lái)表示：CompanyLoCompanyLogo時(shí)，開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通，二極管截止；時(shí)，開(kāi)關(guān)管S截止，二極管導(dǎo)通；時(shí)，開(kāi)關(guān)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(yīng)滿足：其中D是占空比，T是控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期。本文將以分段函數(shù)模型（2-2）作為基礎(chǔ)，對(duì)boost變換器的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)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(duì)稱坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型中，逆變器交流側(cè)均為時(shí)變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為此，可以通過(guò)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的(d、q)坐標(biāo)系。這樣，經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流變量，從而簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由三電平逆變器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)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(dòng)。因此，需要對(duì)d、q軸電流進(jìn)行解耦并引入電網(wǎng)電壓前饋進(jìn)行更好的控制。同時(shí)，電網(wǎng)電壓前饋的引入有利于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到進(jìn)一步提高。由此，可以將系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)為：根據(jù)上述分析，構(gòu)造系統(tǒng)控制仿真模型CompanyLoCompanyLogo設(shè)置仿真時(shí)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(diǎn)電壓，后0.08s電壓給定值大于最大功率點(diǎn)電壓。圖2-9是A,B,C相并網(wǎng)電壓與電流波形圖。第一個(gè)周期由于仿真環(huán)境采用不等步長(zhǎng)仿真，第一個(gè)周期點(diǎn)數(shù)比較多，所以顯得時(shí)間比較長(zhǎng)，其實(shí)就是一個(gè)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(shè)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(shì)，選擇并網(wǎng)光伏系統(tǒng)作為研究對(duì)象，同時(shí)結(jié)合分岔理論對(duì)其進(jìn)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(xué)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(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電的目標(biāo),同時(shí)指出為了減小并網(wǎng)功率的波動(dòng)。

結(jié)論根據(jù)新能源的發(fā)展趨勢(shì)，選擇并網(wǎng)光伏系統(tǒng)作為研究對(duì)象，同時(shí)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(gè)詞被引入科技領(lǐng)域，受到廣大科技人員的認(rèn)可，但是其含義在許多科技文獻(xiàn)中說(shuō)法并不一致。其中認(rèn)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(shí)間內(nèi)的工作特征”。有的論著把在數(shù)字計(jì)算機(jī)上的“活的”模型做試驗(yàn)稱為系統(tǒng)數(shù)字仿真。系統(tǒng)數(shù)字仿真的特點(diǎn)a.不受原型系統(tǒng)規(guī)模和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性的限制;b.保證被研究和試驗(yàn)系統(tǒng)的安全性;c.系統(tǒng)數(shù)字仿真試驗(yàn)具有很好的經(jīng)濟(jì)性、有效性和方便性;d.可用于對(duì)設(shè)計(jì)中未來(lái)系統(tǒng)性能的預(yù).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(gè)分支。在電力系統(tǒng)領(lǐng)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(jì)算臺(tái)、交流計(jì)算臺(tái)、電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型和模擬計(jì)算機(jī)等物理仿真到電力系統(tǒng)數(shù)字仿真。電力系統(tǒng)的科學(xué)研究和試驗(yàn)從來(lái)都離不開(kāi)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(xué)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(dòng)態(tài)模擬，而在數(shù)字計(jì)算機(jī)上數(shù)學(xué)模型的試驗(yàn)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(yīng)用系統(tǒng)的一種，有很多可以用于電力電子應(yīng)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(diǎn)和適用范圍。PSPICE雖然人們?cè)赑SPICE下實(shí)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(shí)仍有很大局限性，因此在PSPICE下實(shí)現(xiàn)像光伏發(fā)電閉環(huán)控制這種復(fù)雜控制策略，具有相當(dāng)難度。MATLAB下的SIMULINK/powersystem在實(shí)現(xiàn)控制策略方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是其采用的功率器件模型過(guò)于簡(jiǎn)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(yǔ)言，可以進(jìn)行用戶界面開(kāi)發(fā)，適用于長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。但是需要較長(zhǎng)的學(xué)習(xí)過(guò)程，需要專業(yè)的軟件工程師來(lái)開(kāi)發(fā)和維護(hù)，不適合單獨(dú)的項(xiàng)目研究和短期開(kāi)發(fā)行為PSIM針對(duì)電力電子電路以及電力拖動(dòng)而設(shè)計(jì)的軟件，其中的器件都基本采用理想模型，計(jì)算速度非常快，PSIM軟件具有C語(yǔ)言和MATLAB/SIMULINK借口，在容易實(shí)現(xiàn)電力電子主電路建模的基礎(chǔ)上，充分?jǐn)U展了控制策略的實(shí)現(xiàn)方式CompanyLoCompanyLogo直流變換器中的分岔現(xiàn)象我們將建立一個(gè)一維迭代映射來(lái)描述整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)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(gè)不同的狀態(tài)，可以用以下一組微分方程來(lái)表示：CompanyLoCompanyLogo時(shí)，開(kāi)關(guān)管S導(dǎo)通，二極管截止；時(shí)，開(kāi)關(guān)管S截止，二極管導(dǎo)通；時(shí)，開(kāi)關(guān)管S截止，二極管截止。其中A和B分別為：

（2-3）

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在電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)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(yīng)滿足：其中D是占空比，T是控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)周期。本文將以分段函數(shù)模型（2-2）作為基礎(chǔ)，對(duì)boost變換器的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)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(duì)稱坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型中，逆變器交流側(cè)均為時(shí)變交流量，因而不利于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為此，可以通過(guò)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)換成與電網(wǎng)基波頻率同步旋轉(zhuǎn)的(d、q)坐標(biāo)系。這樣，經(jīng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換后，三相對(duì)稱靜止坐標(biāo)系中的基波正弦量將轉(zhuǎn)化成同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直流變量，從而簡(jiǎn)化了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由三電平逆變器在兩相同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)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(dòng)。因此，需要對(duì)d、q軸電流進(jìn)行解耦并引入電網(wǎng)電壓前饋進(jìn)行更好的控制。同時(shí)，電網(wǎng)電壓前饋的引入有利于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能得到進(jìn)一步提高。由此，可以將系統(tǒng)電流內(nèi)環(huán)設(shè)計(jì)為：根據(jù)上述分析，構(gòu)造系統(tǒng)控制仿真模型CompanyLoCompanyLogo設(shè)置仿真時(shí)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(diǎn)電壓，后0.08s電壓給定值大于最大功率點(diǎn)電壓。圖2-9是A,B,C相并網(wǎng)電壓與電流波形圖。第一個(gè)周期由于仿真環(huán)境采用不等步長(zhǎng)仿真，第一個(gè)周期點(diǎn)數(shù)比較多，所以顯得時(shí)間比較長(zhǎng)，其實(shí)就是一個(gè)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(shè)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(shì)，選擇并網(wǎng)光伏系統(tǒng)作為研究對(duì)象，同時(shí)結(jié)合分岔理論對(duì)其進(jìn)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)