光伏并網(wǎng)建模與仿真(共10頁)

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】：為開展太陽能光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的研究，本文通過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、算法簡單、等特點應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中的方法，能夠提高對光伏電池輸出直流電壓的利用，從而達到改善整個光伏發(fā)電系統(tǒng)的性能。【關(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光照射，將太陽能轉(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)功率等級通過串并聯(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，當光伏電池輸出高電壓時A=1，當光伏電池輸出低電壓時A=2； 和分別為光生電流和流過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)廠商提供的幾個重要參數(shù)，包括標準參數(shù)（光照強度，環(huán)境溫度）, (光伏電池短路電流），（光伏電池最大功率點電流），（光伏電池開路電壓）（光伏電池最大功率點電壓）。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)用的光伏電池數(shù)學(xué)模型，需要對表達式（2.1）做簡化，隨著外界環(huán)境的變化，推算出當前環(huán)境下（電池溫度為 T，光照強度為 S）的光伏電池參數(shù)， ， ，并求得此時光伏電池的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 不同光照強度下光伏電池I-U特性曲線圖5 不同光照強度下光伏電池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。光伏電池既不是恒流源，也不是恒壓源，也不能為負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)，實質(zhì)是對三相正弦波中注入了零序分量的調(diào)制波進行規(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，更低的開關(guān)頻率和更好的動態(tài)性能 。圖9 三相橋式電壓型逆變器拓撲結(jié)構(gòu)圖9為三相逆變橋拓撲結(jié)構(gòu)，三相逆變橋的目的是按照一定的規(guī)律來控制三對橋臂晶體管的通斷，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、橋臂與下橋臂的開關(guān)動作相反，把上橋臂開關(guān)導(dǎo)通而下橋臂開關(guān)關(guān)斷狀態(tài)記為“ 1 ”，相反的，上橋臂開關(guān)關(guān)斷而下橋臂開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)記為“ 0 ”，因此，三相逆變電路一共有8種開關(guān)組合，對應(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個非零矢量分別位于一個正六邊形的6個頂點位置，將空間劃分為6個扇區(qū)，而兩個零矢量位于原點 。 表1 逆變器交流側(cè)電壓與開關(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)，無法獲得連續(xù)電壓矢量的運行軌跡，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，來實現(xiàn)SVPWM信號的實時調(diào)制。一般分為以下三個步驟：（1）判斷參考電壓矢量所在的扇區(qū)；（2）計算相鄰兩開關(guān)電壓矢量作用的時間；（3）根據(jù)開關(guān)矢量作用時間合成三相PWM信號。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系軸和軸的分量、來判斷所在扇區(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N取值不同值來判斷所在扇區(qū)。表2 N與扇區(qū)的對應(yīng)關(guān)系N315462扇區(qū)IIIIIIIVVVI2.2 為了算出相鄰兩個矢量的分別作用為了算出相鄰兩個矢量的分別作用時間、，我們定義： （3.2）對于不同的扇區(qū)，、的作用時間按表3 取值，、賦值后，還要對其進行飽和判斷。若，取，。表3 、對應(yīng)關(guān)系賦值表扇區(qū)號IIIIIIIVVVI-ZZX-X-YYXY-YZ-ZX2.3根據(jù)開關(guān)矢量作用時間合成三相PWM 信號要合成三相PWM 信號，首先要計算矢量切換點、的值。 定義：則在不同的扇區(qū)內(nèi)根據(jù)表4 矢量切換點、賦值表表4進行賦值，計算矢量切換點。扇區(qū)號I

9、IIIIIIVVVI得到矢量切換點后，可與三角載波進行比較，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控制是通過調(diào)節(jié)有功電流和無功電流使其跟蹤參考電流實現(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)也可以輸出無功功率，不為零。對d軸、q軸電流采用PI調(diào)節(jié)，從而得到電壓的控制量，再通過坐標變換來進行SVPWM控制逆變器進行并網(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