光伏并網(wǎng)穩(wěn)定性控制與運(yùn)行分析

1、BREAD PPT DESIGN光伏并網(wǎng)穩(wěn)定性控制與運(yùn)行分析Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN模型仿真及結(jié)果分析目錄CONTENTS光伏發(fā)電的背景及意義論文綜述研究過(guò)程及方法Electrical Engineering 光伏發(fā)電的背景意義光伏發(fā)電的背景意義Part01Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN光伏發(fā)電的背景及意義 太陽(yáng)能是目前人類(lèi)擁有的最清潔，最豐富的可再生資源。具有清潔 廣泛 可持續(xù)的巨大優(yōu)勢(shì)。 上世紀(jì)90年代，德國(guó)，日本和美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家掀起了屋頂光伏發(fā)電的研發(fā)高潮。 我國(guó)于1958年開(kāi)始研究光伏

2、電池，截止2006年底，中國(guó)太陽(yáng)電池的產(chǎn)量達(dá)到369.5MWp，累計(jì)裝機(jī)已經(jīng)達(dá)到80MWp,位居世界第三大光伏電池生產(chǎn)國(guó)。Electrical Engineering 論文綜述論文綜述Part02Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN如何實(shí)現(xiàn)光伏陣列工作在最大功率狀態(tài)？1.如何將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡?.如何將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楣秒姡咳绾伪３州敵鲭娏髋c電網(wǎng)電壓同頻同相？光伏并網(wǎng)面臨的兩大問(wèn)題Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN12主要研究半導(dǎo)體材料的伏打效應(yīng)、光伏陣列輸出特性以及遮擋條件下光伏陣列輸出特性。主要研究逆變

3、過(guò)程，研究核心集中在并網(wǎng)逆變器的控制策略方面。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)研究的兩大熱點(diǎn)目的在于相位跟蹤、提高電能質(zhì)量。目的在于提高光伏電池的輸出效率。Electrical Engineering 研究過(guò)程及方法研究過(guò)程及方法Part03Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN01光伏電池的等效電路和數(shù)學(xué)模型02光伏并網(wǎng)逆變器主電路設(shè)計(jì)03光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤04雙閉環(huán)鎖相控制策略及其實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的四大模塊Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN1.分析了光伏效應(yīng)的基本原理，建立了一種工程上簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型，仿真并分析了光伏陣

4、列的輸出U-I,U-P特性。3.考慮到太陽(yáng)能電池具有強(qiáng)烈的非線性特性，采用了一種基于S函數(shù)電導(dǎo)增量法的最大功率跟蹤控制方式。2.主電路采用非隔離的雙級(jí)式并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)用以提高和穩(wěn)定直流側(cè)電壓，并利用LC濾波優(yōu)化逆變側(cè)電流波形。4.采用電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)的雙閉環(huán)鎖相控制策略，引入電壓前饋抵消系統(tǒng)電壓波動(dòng)的影響，使并網(wǎng)電流與系統(tǒng)電壓保持同頻同相。本設(shè)計(jì)進(jìn)行的主要工作Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN光伏電池的等效電路和數(shù)學(xué)模型01光伏電池等效電路中電流之間的關(guān)系可以表示為：shdphIIII02由半導(dǎo)體物理相關(guān)知識(shí)可得其基于物理原理的表達(dá)式法：shsAKT

5、IRUqophRIRUeIIIs/)()1(/)(03計(jì)及環(huán)境對(duì)光伏陣列的影響并帶入開(kāi)路和短路狀態(tài)得到一種工程上簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型:DIeCIIocUCDUUsc1121Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN1Ipv-K-b-C-a457.8Voc361.2Vm2RsProduct2Product1Product15.3Isc13.96Imf(u)FcnDivide2Divide1Divide1Constant41000Constant325Constant21Constant11ConstantC21/ln(abs(u)1/ln(1-Im/Isc)f(u)

6、(1-Im/Isc)exp(-Um/C2/Uoc)3S2T1Vpv光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型Simulink模塊BREAD PPT DESIGN光伏并網(wǎng)逆變器主電路設(shè)計(jì)前級(jí)為DC/DC Boost升壓電路，通過(guò)控制和改變IGBT的占空比來(lái)改變光伏陣列的輸出電壓，同時(shí)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤功能。后級(jí)為逆變結(jié)構(gòu)，將光伏陣列輸出的直流電變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻同相的交流電，逆變器的控制通過(guò)PWM觸發(fā)。Electrical Engineering BREAD PPT DESIGNS函數(shù)是Simulink中支持模塊仿真的系統(tǒng)函數(shù)，是用戶描述一個(gè)模塊特性及功能的函數(shù)。當(dāng)Simulink庫(kù)提供的模塊不足以滿足用戶的需求時(shí)，用戶可以通

7、過(guò)S函數(shù)自己打造一個(gè)模塊,完成期待的動(dòng)作。本設(shè)計(jì)利用Simulink中的S函數(shù)設(shè)計(jì)了基于電導(dǎo)增量法的最大功率跟蹤功能，通過(guò)檢測(cè)直流母線側(cè)電容電壓和光伏陣列的輸出電流，通過(guò)S函數(shù)控制IGBT的占空比，使得光伏陣列逼近最大功率點(diǎn)。基于S函數(shù)的電導(dǎo)增量法關(guān)于S函數(shù)基于S函數(shù)的MPPTElectrical Engineering BREAD PPT DESIGN雙閉環(huán)鎖相控制策略電壓外環(huán)直流側(cè)電壓的穩(wěn)定直接關(guān)系到整個(gè)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為了抵消電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響，加入電壓外環(huán)進(jìn)行控制。電壓外環(huán)電流內(nèi)環(huán)鎖相技術(shù)電流內(nèi)環(huán)電流內(nèi)環(huán)通過(guò)給定電流與參考電流的比較，實(shí)現(xiàn)逆變輸出電流與電網(wǎng)電壓保持同頻同

8、相，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。鎖相技術(shù)鎖相環(huán)技術(shù)能夠?qū)ο辔贿M(jìn)行自動(dòng)化控制，并且通過(guò)相位的自動(dòng)化調(diào)節(jié)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相位始終保持同步。Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN1gScope2Scope1ScopeProductSignal(s) PulsesPWM GeneratorPI(s)PID Controller1PI(s)PID ControllerMeanMean Value-K-Gain5Vgrid4i_L3V_dc2V_ref1sin雙閉環(huán)鎖相控制策略simulink模塊BREAD PPT DESIGNVpvIpvVref電導(dǎo)增量法的MPPTDiscret

9、e,Ts = 1e-05 s.powergui342Vrefv+-v+-Voltage MeasurementV_dcv+-VMVI_gridgAB+-Universal BridgeTHDTotal HarmonicDistortionVpvTSVPIpvVpv+Vpv-Subsystem2i_LB1A1BASubsystem1D pwmSubsystemScope1PIVMemory2Memory1MemorygGoto-K-GaingFromFreqf(u)FcnDisplay4Display3Display2Display1DisplaysinV_refV_dci_LVgridgCon

10、trol251000Constanti+-CM+CDVpv+Vout+Vout-Vpv-BoostVIPQActive & ReactivePowerV (pu)FreqwtSin_Cos1-phasePLL1光伏并網(wǎng)系統(tǒng)總設(shè)計(jì)模型模型仿真及結(jié)果分析模型仿真及結(jié)果分析Part04Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN請(qǐng)輸入您要的內(nèi)容本設(shè)計(jì)采用規(guī)格型號(hào)為STP120-12/Tb的無(wú)錫尚德太陽(yáng)能電池板作為單體光伏電池。將24塊該型號(hào)的光伏電池，先將21塊進(jìn)行串聯(lián)組成串聯(lián)，再將兩串聯(lián)組進(jìn)行并聯(lián)。光伏陣列最大功率點(diǎn)的電壓值為361.2V，電流值為13.9

11、6A，滿足實(shí)際并網(wǎng)的電壓和電流要求。主要參數(shù)：VVoc8 .21AIsc65. 7VVm2 .17AIm98.6WPm120電池規(guī)格參數(shù)的選定及要求Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN00.050.10.150.20.250.3050100150200250300350400450500t/sI/A當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，不同光照強(qiáng)度下光伏陣列輸出功率雖然不同，但不同功率所對(duì)應(yīng)的電壓值基本保持不變，因此只要保持 光伏陣列的輸出電壓維持最大功率點(diǎn)的電壓即可使得光伏陣列的輸出功率保持最大。S函數(shù)電導(dǎo)增量法MPPT性能驗(yàn)證T一定時(shí)，P-U特性曲線BREAD PPT

12、 DESIGN00.050.10.150.20.250.3101112131415t/sI/A00.050.10.150.20.250.39101112131415t/sI/AS函數(shù)電導(dǎo)增量法MPPT性能驗(yàn)證BREAD PPT DESIGN某一穩(wěn)態(tài)時(shí)刻光伏陣列輸出電流：13.94A（13.96A）標(biāo)準(zhǔn)狀況下光伏陣列輸出波形101510020030040000.050.10.150.20.250.320004000輸出電壓：361.8V（361.2V）輸出容量：5043W（5040W）Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN溫度突變時(shí)直流母線側(cè)電容電壓波形0

13、0.050.10.150.20.250.3050100150200250300350400450500直流母線側(cè)電容電壓穩(wěn)定保持最大電壓值，基于S函數(shù)的MPPT具有良好的控制效果。Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN光照強(qiáng)度突變時(shí)并網(wǎng)側(cè)電流電壓波形00.050.10.150.20.250.3-500-400-300-200-1000100200300400 1.并網(wǎng)側(cè)電流在0.05s之前與并網(wǎng)電壓的相位實(shí)現(xiàn)同步。 2.穩(wěn)態(tài)時(shí)，諧波總畸變率THD約為3.5%，功率因數(shù)在0.995以上。 3.光照強(qiáng)度發(fā)生突變時(shí)，輸出電流仍能準(zhǔn)確跟蹤電網(wǎng)電壓相位。 Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN4.電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)鎖相控制技術(shù)能夠使得光伏陣列的輸出的電流相位跟蹤電網(wǎng)電壓，從而實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)要求。設(shè)計(jì)結(jié)論1.簡(jiǎn)化的光伏陣列數(shù)學(xué)模型給Simulink建模及仿真帶來(lái)極大的方便，有利于問(wèn)題的分析.2.兩級(jí)式主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定，前后級(jí)可以獨(dú)立運(yùn)行，增加了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。3.基于S函數(shù)的電導(dǎo)增量法能夠準(zhǔn)確跟蹤光伏陣列的最大功率點(diǎn)，S函數(shù)則降低了模型的復(fù)雜度。Electrical Engineering BREAD PPT DESIG