基于MATLAB光伏儲(chǔ)能并網(wǎng)的直流微電網(wǎng)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

摘要太陽能???發(fā)電是???通過逆???變器來???實(shí)現(xiàn)交???直流電???能變換???，再通過???與負(fù)載???相連實(shí)???現(xiàn)整個(gè)???太陽能???發(fā)電系???統(tǒng)的設(shè)???計(jì)。在???太陽能???發(fā)電系???統(tǒng)中，???逆變器???是重要???的組成???元件，???也是連???接光伏???板與箱???式變電???站的核???心元件???。對(duì)逆???變器的???控制，???能夠更???好的實(shí)???現(xiàn)直流???側(cè)太陽???能與電???能的轉(zhuǎn)???換，也???能夠?qū)???現(xiàn)交流???側(cè)逆變???器對(duì)小???區(qū)特定???負(fù)荷進(jìn)???行供電???。除此???之外，???對(duì)于微電網(wǎng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能裝置進(jìn)行研究，了解儲(chǔ)能特性，進(jìn)一步提高了整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)的完整性。本文是以小區(qū)建立光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)為研究對(duì)象，通過對(duì)比光伏發(fā)電與大電網(wǎng)供電經(jīng)濟(jì)性，確立了光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。本文通過研究光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，利用MATLAB軟件，建立光伏電池、蓄電池以及逆變器和負(fù)荷構(gòu)成獨(dú)立運(yùn)行的微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，采用雙閉環(huán)PI控制策略，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建立的微電網(wǎng)具有良好的運(yùn)行特性。關(guān)鍵詞：太陽能；微電網(wǎng)；蓄電池；光伏電池；PI控制AbstractSolarpowergenerationistorealizetheconversionofACandDCpowerthroughtheinverter,andthenconnecttotheloadtorealizethedesignoftheentiresolarpowergenerationsystem.Inthesolarpowergenerationsystem,theinverterisanimportantcomponentandthecorecomponentconnectingthephotovoltaicpanelandthebox-typesubstation.ThecontroloftheinvertercanbetterrealizetheconversionofsolarenergyandelectricenergyontheDCside,andcanalsorealizetheACsideinvertertosupplypowertospecificloadsinthecommunity.Inaddition,theenergystoragedeviceofthemicrogridsystemisstudiedtounderstandthecharacteristicsofenergystorage,whichfurtherimprovestheintegrityoftheentiremicrogridsystem.Thispapertakestheestablishmentofphotovoltaicmicro-gridsysteminresidentialareaastheresearchobject,andestablishestheadvantagesofphotovoltaicpowergenerationsystembycomparingtheeconomicsofphotovoltaicpowergenerationandlargegridpowersupply.Inthispaper,thephotovoltaiccells,batteries,invertersandloadsformanindependentmicrogridpowergenerationsystem,andthedoubleclosed-loopPIcontrolstrategyisadopted.Thesimulationresultsverifythattheestablishedmicrogridhasgoodoperatingcharacteristics.Keywords:solarenergy;microgrid;battery;photovoltaiccell;PIcontrol目錄TOC\o"1-3"\h\u30037第1章引言 第1章引言1.1研究背景近年來，???隨著科???學(xué)技術(shù)???的大力???發(fā)展，???當(dāng)前社???會(huì)對(duì)能???源的需???求急劇???升高，???為了滿???足人民???生活需???求和工???業(yè)要求???，對(duì)于???不可再???生能源???的過度???使用使???得整個(gè)???國際社???會(huì)對(duì)于???資源匱???乏的問???題得到???了越來???越多的???關(guān)注。???在新能???源系統(tǒng)???發(fā)電中???，太陽???能憑借???著其易???得性和???清潔性???受到了???廣泛的???關(guān)注，???對(duì)于太???陽能發(fā)???電可以???使用光???伏板組???件實(shí)現(xiàn)???對(duì)太陽???能的獲???取。整???個(gè)太陽???能發(fā)電???系統(tǒng)產(chǎn)???生的能???耗以及???能源類???型都達(dá)???到了當(dāng)???前綠色???能源標(biāo)???準(zhǔn)，但???太陽能???發(fā)電的???缺點(diǎn)是???容易受???到地區(qū)???天氣環(huán)???境的影???響。但???太陽能???發(fā)電具???有方便???、快捷???以及廉???價(jià)的綜???合優(yōu)勢(shì)???，這些???優(yōu)勢(shì)也???使得太???陽能發(fā)???電具有???更為廣???闊的前???景和發(fā)???展?jié)摿???。因此???在當(dāng)前???國際社???會(huì)化石???燃料危???機(jī)的時(shí)???代背景???之下，???發(fā)展新???能源已???經(jīng)成為???當(dāng)前人???類能源???探索的???重要途???徑，而???在眾多???新能源???中太陽???能發(fā)電???具有著???強(qiáng)大的???發(fā)展?jié)???力與開???發(fā)價(jià)值???，以太???陽能為???能源終???端的并???網(wǎng)儲(chǔ)能???發(fā)電系???統(tǒng)的研???究具有???著重要???的研究???意義與???理論價(jià)???值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀而我國對(duì)???于光伏???并網(wǎng)系???統(tǒng)的起???步相對(duì)???較晚，???但當(dāng)前???我國對(duì)???于太陽???能利用???率已經(jīng)???達(dá)到了???世界先???進(jìn)水平???，對(duì)于???光伏電???池的生???產(chǎn)以及???光伏并???網(wǎng)的電???能質(zhì)量???的研究???中已經(jīng)???趨于世???界前列???。追溯???我國光???伏并網(wǎng)???發(fā)電系???統(tǒng)的發(fā)???展歷程???，我國???是從2???000???年開始???正式有???規(guī)模的???對(duì)光伏???產(chǎn)業(yè)進(jìn)???行全面???普及，???在20???02年???我國啟???動(dòng)的“???西部省???區(qū)無電???通電”???計(jì)劃，???就是利???用我國???西部較???為豐富???的太陽???能實(shí)現(xiàn)???局部供???電[1???0,1???1]。???200???3年由???國家發(fā)???改委制???定了“???五年太???陽能資???源開發(fā)???工程”???計(jì)劃，???也極大???的推動(dòng)???了光伏???并網(wǎng)系???統(tǒng)在西???北地區(qū)???的全面???建設(shè)。???到20???10年???我國光???伏發(fā)電???產(chǎn)業(yè)已???經(jīng)初具???規(guī)模，???并且由???國家所???鼓勵(lì)的???光伏補(bǔ)???貼政策???也較好???的推動(dòng)???了對(duì)太???陽能的???綜合利???用，據(jù)???統(tǒng)計(jì)已???有28???00M???W容量???的光伏???項(xiàng)目落???地中國???，也使???得國內(nèi)???的光伏???發(fā)電產(chǎn)???業(yè)達(dá)到???了新的???高度。在2020年國家電網(wǎng)進(jìn)一步針對(duì)綠色能源戰(zhàn)略提出將微電網(wǎng)運(yùn)行模式應(yīng)用在各負(fù)荷以解決當(dāng)?shù)毓╇娮凿N，進(jìn)而極大的緩解了電網(wǎng)供電壓力。尤其指出，在高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代化社會(huì)中，可通過實(shí)現(xiàn)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)構(gòu)造的以箱式變電所、逆變器、光伏板、用電負(fù)荷以及儲(chǔ)能裝置所構(gòu)成的綜合微電網(wǎng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)城市小區(qū)的合理供電，進(jìn)一步緩解電網(wǎng)高峰運(yùn)行下的供電功率波動(dòng)問題。1.2.2國外研究現(xiàn)狀美國是???最早對(duì)???光伏產(chǎn)???業(yè)實(shí)現(xiàn)???系統(tǒng)化???研究的???國家之???一，在???上個(gè)世???紀(jì)八十???年代初???期美國???就已經(jīng)???開始大???規(guī)模推???行太陽???能計(jì)劃???，所建???立的“???百萬屋???頂”項(xiàng)???目極大???的推動(dòng)???了太陽???能發(fā)電???技術(shù)在???美國的???普及。???英國牛???津大學(xué)???科研團(tuán)???隊(duì)針對(duì)???微電網(wǎng)???的電能???質(zhì)量問???題提出???了新的???論述觀???點(diǎn)，該???團(tuán)隊(duì)指???出通過???優(yōu)化分???布式發(fā)???電系統(tǒng)???的能源???結(jié)構(gòu)和???控制效???果來達(dá)???到電網(wǎng)???的并網(wǎng)???標(biāo)準(zhǔn)，???這也為???分布式???并網(wǎng)發(fā)???電系統(tǒng)???的控制???研究提???供了巨???大的推???動(dòng)力。???在20???18年???，德國???科學(xué)家???在光伏???系統(tǒng)結(jié)???構(gòu)上進(jìn)???行了整???體改進(jìn)???，通過???三級(jí)結(jié)???構(gòu)策略???實(shí)現(xiàn)光???伏發(fā)電???系統(tǒng)的???穩(wěn)定運(yùn)???行。在???光伏側(cè)???為一級(jí)???、逆變???側(cè)為二???級(jí)，通???過引入???的有源???電力濾???波器為???三級(jí)拓???撲結(jié)構(gòu)???進(jìn)行全???方位、???多頻次???的諧波???治理，???實(shí)驗(yàn)結(jié)???果表明???該拓?fù)???結(jié)構(gòu)具???有良好???的發(fā)電???質(zhì)量，???進(jìn)一步???保證了流入負(fù)荷中的電能質(zhì)量滿足負(fù)荷用電標(biāo)準(zhǔn)。

光伏儲(chǔ)能微電網(wǎng)簡介2.1微電網(wǎng)定義微電網(wǎng)也譯為微網(wǎng)，是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能量轉(zhuǎn)換裝置、負(fù)荷、監(jiān)控和保護(hù)裝置等組成的小型發(fā)配電系統(tǒng)。微電網(wǎng)的提出旨在實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)問題。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式配電網(wǎng)的一種有效方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。微電網(wǎng)供電系統(tǒng)是一種分布式發(fā)電系統(tǒng)，利用多種發(fā)電設(shè)備(如太陽能、風(fēng)能、發(fā)動(dòng)機(jī)組等)和儲(chǔ)能技術(shù)(如電池、超級(jí)電容器、壓縮空氣儲(chǔ)能等)組成的小型電網(wǎng)系統(tǒng)，使其能夠獨(dú)立于傳統(tǒng)電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自主供電。它的特點(diǎn)是由多種不同的能源資源組成，能夠根據(jù)能源供應(yīng)和用電需求進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)供電的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。由于微電網(wǎng)可以在獨(dú)立運(yùn)行模式下工作，因此它可以在斷電、故障和網(wǎng)絡(luò)停電的情況下提供電源，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，并促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展。微電網(wǎng)供電系統(tǒng)的組成包括：多種分布式能源設(shè)施，如太陽能電池板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)組等，作為微電網(wǎng)的主要能源來源，并將其能量輸入到微電網(wǎng)系統(tǒng)中。儲(chǔ)能設(shè)備，如電池、超級(jí)電容器、壓縮空氣儲(chǔ)能等，用于儲(chǔ)存、分配和平衡能量，以確保微電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。微電網(wǎng)控制器，主要用于監(jiān)視和控制微電網(wǎng)的電源輸入和電源輸出，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)調(diào)整，最小化成本，并確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。負(fù)載設(shè)備，包括家庭或機(jī)構(gòu)內(nèi)的用電設(shè)備和市電等，作為微電網(wǎng)系統(tǒng)的用電載荷，使用微電網(wǎng)供電。總之，微電網(wǎng)供電系統(tǒng)使用分布式發(fā)電和儲(chǔ)能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立和自主的能源供應(yīng)和用電服務(wù)，提高了能源的利用效率和環(huán)境友好性，有著廣泛的應(yīng)用前景和市場潛力。2.2光伏發(fā)電儲(chǔ)能系統(tǒng)簡介光伏發(fā)電是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N技術(shù)。主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，主要部件由電子元器件構(gòu)成。太陽能電池經(jīng)過串聯(lián)后進(jìn)行封裝保護(hù)可形成大面積的太陽電池組件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏發(fā)電裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)根據(jù)是否并網(wǎng)可分為并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)和獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)。并網(wǎng)式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是指接入電網(wǎng)運(yùn)行、接受電網(wǎng)調(diào)度的光伏系統(tǒng)，如各種集中式或者分布式的光伏電站。獨(dú)立式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是指各種獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)，如太陽能路燈、農(nóng)村戶用光伏電源等。儲(chǔ)能系統(tǒng)作為一種儲(chǔ)存電能的行之有效的方式，可分為機(jī)械儲(chǔ)能、蓄電池儲(chǔ)能、電磁儲(chǔ)能和相變儲(chǔ)能四類。其中機(jī)械儲(chǔ)能如抽水儲(chǔ)能以被廣泛應(yīng)用，飛輪儲(chǔ)能作為一種新型的機(jī)械儲(chǔ)能方式，目前處于研究和示范階段。電磁儲(chǔ)能包括超導(dǎo)儲(chǔ)能、超級(jí)電容儲(chǔ)能、高能密度電容儲(chǔ)能等。熱力儲(chǔ)能是通過材料相變儲(chǔ)存或釋放能量，國內(nèi)相關(guān)研究處于實(shí)驗(yàn)室階段，尚未進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。蓄電池儲(chǔ)能式目前技術(shù)發(fā)展成熟、應(yīng)用廣泛、成本較低的儲(chǔ)能技術(shù)。其中以鉛酸蓄電池作為儲(chǔ)能裝置的獨(dú)立式光伏發(fā)電產(chǎn)品已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用，近年來隨著鋰電池技術(shù)的發(fā)展及其成本的降低，以鋰電池構(gòu)建的儲(chǔ)能裝置是目前研究熱點(diǎn)。2.3課題主要研究內(nèi)容本課題的主要研究內(nèi)容是擬建立一座小型的小區(qū)微電網(wǎng)仿真，該微電網(wǎng)模型中應(yīng)以實(shí)際小區(qū)用電負(fù)荷以及用電規(guī)律為基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)中主要分為光伏陣列模塊、儲(chǔ)能模塊、并網(wǎng)控制模塊三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保所建立的仿真模型能夠滿足小區(qū)的供電需求。下圖2-1為整個(gè)光伏混合儲(chǔ)能系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖，首先需要根據(jù)實(shí)際調(diào)研確定小區(qū)用電負(fù)荷以及用電規(guī)律，其次針對(duì)光伏陣列模塊、儲(chǔ)能單元以及逆變器控制策略進(jìn)行仿真模型搭建并分析，最后通過整個(gè)系統(tǒng)的仿真波形驗(yàn)證光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。圖2-1系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖在上圖1-1框圖中可以得到本文設(shè)計(jì)的是一個(gè)光伏儲(chǔ)能系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過光伏陣列獲取太陽能進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)了能源的轉(zhuǎn)換。光伏陣列經(jīng)過常用的MPPT控制策略會(huì)將電能傳遞至逆變器進(jìn)行控制轉(zhuǎn)化，可以將光伏陣列的直流電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的交流電。通過逆變器出來的交流電可以直接供給給負(fù)載。而儲(chǔ)能單元的作用是用于調(diào)節(jié)整個(gè)供電系統(tǒng)，當(dāng)太陽能充足時(shí)，光伏陣列除了向小區(qū)負(fù)荷供電以外，會(huì)向儲(chǔ)能單元充電。當(dāng)太陽能短缺時(shí)，光伏陣列轉(zhuǎn)換的電能不足以支撐整個(gè)小區(qū)的用電需求時(shí)，儲(chǔ)能單元會(huì)放電彌補(bǔ)用電空缺。

第3章系統(tǒng)主要組成部分3.1光伏電池及MPPT策略3.1.1光伏電池分類光伏電池工作原理光伏電池???是本設(shè)???計(jì)的重???要組成???部分，???工作原???理在下???圖3-???1所示???的光伏???電池工???作原理???圖中可???以看到???。光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的\t"/item/%E5%85%89%E4%BC%8F%E7%99%BC%E9%9B%BB/_blank"光電效應(yīng)。光子照射到金屬上時(shí)，它的能量可以被金屬中某個(gè)電子全部吸收，電子吸收的能量足夠大，能克服金屬原子內(nèi)部的\t"/item/%E5%85%89%E4%BC%8F%E7%99%BC%E9%9B%BB/_blank"庫侖力做功，離開金屬表面逃逸出來，成為\t"/item/%E5%85%89%E4%BC%8F%E7%99%BC%E9%9B%BB/_blank"光電子。硅原子有4個(gè)外層電子，如果在純硅中摻入有5個(gè)外層電子的原子如磷原子，就成為\t"/item/%E5%85%89%E4%BC%8F%E7%99%BC%E9%9B%BB/_blank"N型半導(dǎo)體；若在純硅中摻入有3個(gè)外層電子的原子如硼原子，形成\t"/item/%E5%85%89%E4%BC%8F%E7%99%BC%E9%9B%BB/_blank"P型半導(dǎo)體。當(dāng)P型和N型結(jié)合在一起時(shí)，\t"/item/%E5%85%89%E4%BC%8F%E7%99%BC%E9%9B%BB/_blank"接觸面就會(huì)形成\t"/item/%E5%85%89%E4%BC%8F%E7%99%BC%E9%9B%BB/_blank"電勢(shì)差，成為太陽能電池。當(dāng)太陽光照射到P－N結(jié)后，電流便從P型一邊流向N型一邊，形成電流。整???個(gè)硅材???料進(jìn)行???通電以???后，電???流產(chǎn)生???會(huì)對(duì)整???個(gè)電池???產(chǎn)生輸???出功率???，進(jìn)而???實(shí)現(xiàn)了???光能至???太陽能???的轉(zhuǎn)換???，這也???是光伏???電池的???光生電???根本的???原理。圖3-1光伏電池工作原理光伏電池?cái)?shù)學(xué)模型與輸出特性光伏電???池的數(shù)???學(xué)模型???確定是???需要在???理想條???件下進(jìn)???行的，???理想條???件下，???設(shè)定太???陽光照???和環(huán)境???溫度恒???定時(shí)，???光生電???流也是???恒定的???，此時(shí)???的光伏???電池內(nèi)???部結(jié)構(gòu)???可以用???圖3-???2所示???的等效???電路來???表示。圖3-2光伏電池等效電路在上圖3-2中，為光生電流，D為PN結(jié)的二極管，為其正向電流，、為分別為內(nèi)部等效串、并聯(lián)電阻，為上流過的電流，、分別為光伏電池輸出的電流和電壓。光生電流為： （3.1）其中，——光伏電池工作在光照，溫度標(biāo)況時(shí)的短路電流；——光伏電池的溫度系數(shù)，晶硅電池為；——環(huán)境當(dāng)前溫度；——光照強(qiáng)度。流過二極管的電流為： (3.2)其中，——反向飽和電流；——電子電荷量()；——玻爾茲曼常數(shù)()；——光伏電池的理想因數(shù)(約1~5)。由基爾霍夫電流定律有： (3.3) 則光伏電池的輸出功率為：(3.4)結(jié)合式3.3和式3.4可以得出光伏電池輸出特性曲線如圖3-3所示。圖3-3光伏電池輸出特性圖3-3中，為短路電流；為開路電壓；為功率的最大值；、分別為對(duì)應(yīng)的電流和電壓的值?？梢钥闯?，光伏電池是一個(gè)非線性直流電源。3.1.2MPPT控制策略MPPT控制原理MPPT控??制策略??是光伏??模塊的??控制策??略。下??圖3-??4所示??為MP??PT工??作原理??，因?yàn)??光伏陣??列會(huì)受??到外??環(huán)境因??素的影??響，進(jìn)??而伏安??特性和??功率特??性曲線??都會(huì)隨??著外界??條件變??化而變??化。光??伏電池??所捕獲??的太陽??能轉(zhuǎn)化??的電能??并不是??恒定不??變的，??光伏側(cè)??直流電??源是隨??著外界??環(huán)境不??斷改變?的變量??。而為?了實(shí)現(xiàn)??整個(gè)并??網(wǎng)發(fā)電??系統(tǒng)的??穩(wěn)定性??，需要??直流側(cè)??電源保??持恒定??才能夠??更好的??實(shí)現(xiàn)并??網(wǎng)后的??電能質(zhì)??量達(dá)到??標(biāo)準(zhǔn)。??根據(jù)上??一節(jié)的??光伏陣??列輸出??特性曲??線，在??理想環(huán)??境下輸??出曲線??中存在??最大功??率輸出??點(diǎn)，為??了實(shí)現(xiàn)??光伏電??池以最??大功率??點(diǎn)輸出??，因此??采用M??PPT??控制算??法實(shí)現(xiàn)?最大功??率輸出??。當(dāng)外??界環(huán)境??的光照??強(qiáng)度以??及溫度??改變時(shí)??，最大??功率點(diǎn)??的輸出??位置也??會(huì)隨之??發(fā)生改??變。所??采用的??MPP??T就??綜合溫??度以及??光照??度變化??時(shí)直流??測電源??的輸出??以最大??功率點(diǎn)??輸出，??保證直??流電源??的穩(wěn)定。圖3-4MPPT工作原理在上圖3???-5所???示的曲???線中，???曲線1???為光伏???電池外???部環(huán)境???恒定時(shí)???，即光???照強(qiáng)度???與溫度???恒定不???變時(shí)所???接的負(fù)???載。曲???線1與???負(fù)載1???的交匯???處即為???光伏電???池最大???功率輸???出點(diǎn)A???。當(dāng)曲???線1的???外界光???照強(qiáng)度???降低，???為了便???于分析???保持溫???度恒定???不變，???曲線2???即為曲???線1在???溫度恒???定、光???照強(qiáng)度???降低時(shí)???的輸出???特性曲???線。此???時(shí)負(fù)載???1與曲???線2的???交匯點(diǎn)???B將不???再是以???最大功???率輸出???，在曲???線2中???C點(diǎn)才???是最大???功率輸???出點(diǎn)，???因此從???B點(diǎn)至???C點(diǎn)的???遷移需???要MP???PT控???制算法???來實(shí)現(xiàn)。常用的MPPT算法目前實(shí)???現(xiàn)MP???PT控???制的常???用的幾???種方法???有：常???量控制???法、擾???動(dòng)觀察???法(P???&O)???和電導(dǎo)???增量法???等。選???擇控制???性能好???的MP???PT算???法能夠???實(shí)現(xiàn)在???控制效???果上改???善并網(wǎng)???電能質(zhì)???量，對(duì)???電能質(zhì)???量的提???升具有???著關(guān)鍵???的作用。(1)常量控制法常量控制???法主要???抑制外???界環(huán)境???變化（???尤其是???溫度變???化）,???當(dāng)光伏???電池所???處環(huán)境???的溫度???或光強(qiáng)???變化時(shí)???，光伏???電池M???PP電???壓和開路???電壓、MP???P電流???和短路???電流可以近???似按照???線性關(guān)???系來處???理，正???是根據(jù)???這種非???線性至???線性化???的轉(zhuǎn)換???處理后???，光伏???電池將???獲得近???似的最???大功率???輸出。???常量控???制法的???控制流???程圖如???下圖3?-5所示。圖3-5常量控制法控制流程圖(2)擾動(dòng)觀察法P&O算法即為???擾動(dòng)觀???察法，???其實(shí)現(xiàn)???原理是???通過對(duì)???光伏陣???列的輸???出電壓???施加擾???動(dòng)，對(duì)???比擾動(dòng)???前后光???伏電池???的輸出???功率，???判斷出???擾動(dòng)施???加后當(dāng)???前輸出???功率是???否向最???大功率???點(diǎn)處移???動(dòng)來適???當(dāng)調(diào)整???電壓。???控制流???程圖如???圖3-???6。圖3-6P&O法流程圖(3)電導(dǎo)增量法電導(dǎo)增量??法也是??光伏電??池最大??功率輸??出應(yīng)用??中常用??的MP??PT控??制方法??之一，??其工作??原理主??是比較??光伏電??池的瞬??時(shí)導(dǎo)抗??和導(dǎo)抗??變化量??來調(diào)節(jié)??光伏電??池的最??大功率??。其主??要優(yōu)點(diǎn)??在于跟??蹤速度??快，穩(wěn)??態(tài)精度??高。在??三種M??PPT??算法中??控制穩(wěn)??定性能??最優(yōu)，??但是算??法復(fù)雜??度也更??高，控??制流程??圖如圖3-7圖3-7電導(dǎo)增量法流程圖3.1.3仿真搭建在本設(shè)計(jì)的城市小區(qū)微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，下圖3-8即為本設(shè)計(jì)的光伏側(cè)仿真模型。由圖可知，由PV光伏陣列以及MPPT控制模塊共同構(gòu)成微電網(wǎng)的一級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)的光伏陣列是在標(biāo)況（溫度為25℃，光照強(qiáng)度為10001KW/m2）條件下進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的。圖3-8光伏側(cè)仿真模型光伏陣列???的輸出???根據(jù)上???一節(jié)的???功率輸???出特性???曲線可???知，隨???著溫度???和光照???強(qiáng)度的???不斷變???化，光???伏電池???的輸出???特性是???時(shí)變的???。因此為了滿足微電網(wǎng)系統(tǒng)的一次拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要采用MPPT控制策略保證光伏電池的輸出特性按照最大功率進(jìn)行輸出，進(jìn)一步增加光伏轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，也保證了直流母線電壓的恒定，更加有利于微電網(wǎng)系統(tǒng)的孤島運(yùn)行模式。下圖的3-9以及3-10分別為光伏陣列仿真模型和MPPT控制模型的具體搭建，在圖2-10中，光伏陣列的搭建是以48塊250W的光伏陣列單元組件共同串聯(lián)而成，提供城市小區(qū)微電網(wǎng)的輸出功率，滿足18KW小區(qū)用電的功率需求。光伏陣列組件的單間是通過各個(gè)組件間的串聯(lián)關(guān)系，保證功率的疊加，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)太陽能至電能的能量轉(zhuǎn)換。圖3-9光伏陣列仿真模型圖3-10MPPT控制模型

3.2儲(chǔ)能裝置的分析與設(shè)計(jì)3.2.1蓄電池特性分析蓄電池工作原理鉛酸蓄電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中經(jīng)常使用的蓄電池類型之一，其結(jié)構(gòu)組成是由電池板端子兩端的正、負(fù)極板以及電池內(nèi)部的電解液共同組成。它的正極活性物質(zhì)是二氧化鉛()，負(fù)極活性物質(zhì)是海綿狀金屬鉛()，電解液是稀硫酸。正常充放電化學(xué)方程式為：正極：（3.5）負(fù)極：（3.6）總反應(yīng)：（3.7）當(dāng)鉛酸蓄電池在充電時(shí)，正極由轉(zhuǎn)化為后，電能轉(zhuǎn)化為了化學(xué)能，然后儲(chǔ)存在正極板中；而負(fù)極的硫酸鉛()轉(zhuǎn)化為海綿狀鉛()，然后電能轉(zhuǎn)化為了化學(xué)能儲(chǔ)存在負(fù)極板中，完成了蓄電池的充電。鉛酸蓄電池放電時(shí)，正極F{n--氧化鉛()變成硫酸鉛()，這樣化學(xué)能就轉(zhuǎn)換成了電能；負(fù)極由海綿狀鉛()變成硫酸鉛()，因此是將電池內(nèi)部的化學(xué)能與電能之間完成交換以此通過電池兩端正負(fù)極的極性偏差來使電能流向負(fù)載，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)特定負(fù)載的持續(xù)供電。蓄電池的工作特性主要包括容量的選擇、電池荷電狀態(tài)的確定、放電深度的計(jì)算、轉(zhuǎn)換效率的計(jì)算以及電池使用壽命的確定。而針對(duì)上述蓄電池的工作特性可逐步進(jìn)行確定。（1）容量計(jì)算對(duì)于蓄電池的容量是通過對(duì)鉛酸蓄電池充滿電的狀態(tài)時(shí)，由滿電狀態(tài)向外放電，直至電量耗盡為止。在此過程中所釋放的總的電池電量即為蓄電池的容量。在鉛酸蓄電池容量確定中可通過放電電流與放電時(shí)間的乘積來進(jìn)行核定，即：（3.8）式中：表示容量()；表示放電電流(A)；t表示放電時(shí)間(h)。而蓄電池在應(yīng)???用當(dāng)中???，隨著???其內(nèi)部???化學(xué)物???質(zhì)的消???耗，其???容量也???會(huì)不斷???改變。???根據(jù)蓄???電池內(nèi)???部所含???的化學(xué)???物質(zhì)的???活性程???度，通???過法拉???第定律???計(jì)算即???可得到???蓄電池???在滿狀???態(tài)下的???活性物???質(zhì)時(shí)的???理論容???量。其???所計(jì)算???的實(shí)際???容量值???與理論???容量具???有一定???的差異???，實(shí)際???容量與???理論容???量之間???的關(guān)系???是實(shí)際???容量低???于理論???容量，???而為了???糾正容???量差異???，在蓄???電池使???用中設(shè)???定額定???容量來???保證電???池放電???條件下???按照最???低限度???進(jìn)行計(jì)???算。其???計(jì)算過???程如下：（3.9）(2)蓄電池荷電狀態(tài)鉛酸蓄電???池某一???時(shí)刻t???的荷電???狀態(tài)S???OC指???該時(shí)刻???蓄電池???實(shí)際容???量Q(???f)與???額定容???量Q的???比值，???用來反???映蓄電???池在放???電過程???中還可???以繼續(xù)???釋放出???多少電???能。其???計(jì)算公???式：（3.10）(3)放電深度鉛酸蓄電池的放電深度(DepthofDischarge，DOD)是蓄電池放出容量與額定容量的比值。（3.11）(4)轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率???是指蓄???電池能???放出的???全部電???能與充???滿電所???耗的全???部電量???的比值???，有：???“安時(shí)???效率”???和“瓦???時(shí)效率???”兩種???表示方???法。（3.12）式中：—瓦時(shí)效率，—安時(shí)效率；：放電電壓，：電流平均值，：放電時(shí)間；：充電電壓，：電流平均值，：充電時(shí)間。3.2.2儲(chǔ)能裝置仿真設(shè)計(jì)儲(chǔ)能裝置仿真搭建下圖3-11所示為城市小區(qū)微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中的儲(chǔ)能裝置模塊的仿真模型搭建，蓄電池作為儲(chǔ)能裝置的主要元件，其承擔(dān)著與光伏發(fā)電系統(tǒng)相同的功能需求。儲(chǔ)能裝置與光伏陣列與主電路處于并聯(lián)關(guān)系。當(dāng)直流母線電壓保持恒定時(shí)，光伏陣列對(duì)儲(chǔ)能裝置進(jìn)行充電，而當(dāng)光伏陣列不能夠提供穩(wěn)定的直流母線電壓時(shí)，由儲(chǔ)能裝置進(jìn)行放電，維持直流母線電壓的恒定。因此，在下圖3-11所示的仿真模型當(dāng)中，鉛酸蓄電池與主電路是處于串聯(lián)關(guān)系。在微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，蓄電池的作用主要體現(xiàn)在能量的存儲(chǔ)與釋放。在系統(tǒng)仿真中，當(dāng)光伏陣列輸出功率不足以支撐小區(qū)負(fù)荷的功率需求時(shí)，鉛酸蓄電池將會(huì)提供系統(tǒng)的功率缺額部分進(jìn)而維持整個(gè)系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在圖3-11所示的儲(chǔ)能裝置仿真模型搭建過程中，其整個(gè)儲(chǔ)能裝置設(shè)計(jì)的主電路搭建模型能夠更好的保證微電網(wǎng)孤島運(yùn)行下的良好運(yùn)行。圖3-11儲(chǔ)能裝置仿真模型增量式PID控制算法常常被應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域上，作為一種常用的PID數(shù)字控制方法，在PID改進(jìn)的算法中具有良好的應(yīng)用背景。增量式PID控制算法適用于負(fù)荷變化大、容量滯后大以及控制精度高的系統(tǒng)。依據(jù)PID的三個(gè)參數(shù)，即比例、積分、微分，可通過增量式調(diào)節(jié)使其達(dá)到穩(wěn)定。需要增量式補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差的抑制,積分環(huán)節(jié)是用來調(diào)整控制誤差的震蕩，能夠有效的消除靜差。微分環(huán)節(jié)主要是被控信號(hào)變化時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)特性的抑制。下圖3-12所示即為增量式PID控制調(diào)節(jié)框圖，由圖可知PID增量式調(diào)節(jié)方式是通過設(shè)定值w與實(shí)際值y進(jìn)行偏差構(gòu)成，再通過PID控制器中的三個(gè)參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池電量的測量與控制。增量是PID控制方法的動(dòng)態(tài)方程如下：（3.13）其中Kp為比例放大系數(shù)；Ki為積分時(shí)間常數(shù)；Kd為微分時(shí)間常數(shù)；PID調(diào)節(jié)器的離散化表達(dá)式為：（3.14）其增量表達(dá)形式為（T為采樣周期）：（3.15）圖3-12增量PID控制在下圖3-13所示的蓄電池控制仿真模型中，所采用的蓄電池控制策略為PID控制。通過采集直流母線實(shí)際電壓與給定電壓600伏進(jìn)行偏差運(yùn)算，由直流母線電壓偏差導(dǎo)入PID電壓外環(huán)控制器中，再通過電流內(nèi)環(huán)的偏差來控制進(jìn)而得到穩(wěn)定的直流母線電壓控制。通過對(duì)蓄電池的電壓控制，能夠保證在光伏發(fā)電條件下與光伏陣列相并列來實(shí)現(xiàn)直流測母線電壓恒定在600伏目標(biāo)，以此來實(shí)現(xiàn)逆變器側(cè)的電能交換。圖3-13蓄電池控制仿真模型

3.3微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.3.1逆變器控制在上圖3-14所???示的拓???撲結(jié)構(gòu)???中，主???回路是???由PV???光伏板???、蓄電???池、直???流側(cè)電???容C，???逆變器???、LC???L濾波???器、負(fù)???載以及???電網(wǎng)共???同組成???。直流???側(cè)控制???策略為???MPP???T控制???，就劉???策控制???策略為???雙閉環(huán)???逆變器???控制策???略。至???此整個(gè)???單相光???伏并網(wǎng)???系統(tǒng)結(jié)?構(gòu)是由???兩級(jí)控???制策略???構(gòu)成。???圖3-14逆變???電路中???，逆變???橋由四???個(gè)IG???BT開???關(guān)管并???聯(lián)反饋???二極管???組成，?為直???流側(cè)電?壓，交側(cè)濾?波器的??、?拓?fù)浣Y(jié)??、?構(gòu)是L???CL型?，ig???、vg???分別為?負(fù)載側(cè)?電流和?電壓。?其中，?MPP???T作用?是將直?流輸入?電壓升?壓到?，采用???PWM???調(diào)制方?式；D???C/A???C逆變?電路的?作用是?將MP???PT輸???出的直?流電轉(zhuǎn)?換為可???以并到?網(wǎng)側(cè)的?交流電???，逆變?電路中?常采用?脈寬調(diào)???制方式。圖3-14微電網(wǎng)系統(tǒng)控制框圖逆變器控???制結(jié)構(gòu)???在微電???網(wǎng)孤島???模式運(yùn)???行下，???對(duì)逆變???器的控???制是為???了保證???輸出電???流具有???足夠低???的諧波???畸變率???。與此???同時(shí)為???實(shí)現(xiàn)負(fù)???載側(cè)電???能質(zhì)量???的提升???，可通???過控制???逆變器???輸出電???流來控???制并網(wǎng)???的功率???因數(shù)。???當(dāng)前逆???變器是???以電壓???源型逆???變器拓???撲結(jié)構(gòu)???為主，???因此在???系統(tǒng)控???制時(shí)，???采用電???流控制???實(shí)現(xiàn)對(duì)???輸出電???流控制???，而電???流控制???技術(shù)通???常采用???雙閉環(huán)???控制以???改善系???統(tǒng)動(dòng)態(tài)???特性和???穩(wěn)態(tài)精???度，包???括內(nèi)環(huán)???電流環(huán)???和外環(huán)???電壓環(huán)???。電壓???外環(huán)得???到電流???環(huán)的給???定幅值???，與鎖???相環(huán)(???Pha???se???Loc???ked???Lo???op,???PL???L)得???到的正???弦信號(hào)???組成電???流內(nèi)環(huán)???的電流???參考i???ref???，與微???電網(wǎng)輸???出電流???做差作???為電流???內(nèi)環(huán)的???輸入，???內(nèi)環(huán)輸???出經(jīng)P???WM調(diào)???制得到???逆變器???開關(guān)器???件的驅(qū)???動(dòng)信號(hào)???，以實(shí)???現(xiàn)逆變???器運(yùn)行。3.3.2系統(tǒng)仿真搭建主電路仿真模型下圖3-15所示為主電路仿真模型，由圖可知，城市小區(qū)微電網(wǎng)主要由光伏電池&MPPT仿真模塊、電池儲(chǔ)能模塊、逆變器、線路阻抗、LC濾波器、負(fù)載以及可變負(fù)載共同構(gòu)成。在下圖的主電路搭建中，光伏電池作為能源的終端獲取手段，承載著本設(shè)計(jì)的微電網(wǎng)系統(tǒng)的能量供給，由光伏電池實(shí)現(xiàn)太陽能與電能的轉(zhuǎn)???換，實(shí)???現(xiàn)微電???網(wǎng)系統(tǒng)???的能量???流動(dòng)。???MPP???T控制???則是為???了保證???光伏電???池以最???大功率???進(jìn)行輸???出，對(duì)???后級(jí)結(jié)???構(gòu)的直???流母線???電壓進(jìn)???行控制???，進(jìn)而???保證直???流母線???電壓的???恒定，???以便于???為逆變???負(fù)載一???側(cè)的穩(wěn)???定電能???輸出提???供前級(jí)???輸入保???障。電???池儲(chǔ)能???系統(tǒng)本???設(shè)計(jì)是???采用蓄???電池作???為儲(chǔ)能???元件，???通過蓄???電池的???充放電???特性以???及蓄電???池工作???特性，???實(shí)現(xiàn)光???伏電池???以及蓄???電池之???間的能???量交互???和流通???。蓄電???池能夠???接收光???伏電池???的電能???輸出，???在標(biāo)況???條件下???，光伏???電池對(duì)???微電網(wǎng)???系統(tǒng)提???供所需???的功率???，與此???同時(shí)，也對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。當(dāng)外界環(huán)境受到干擾時(shí)，光伏電池的輸出功率不足以提供后級(jí)的功率需求時(shí)，由蓄電池提供相差的功率，以保證光伏電池與儲(chǔ)能裝置對(duì)小區(qū)負(fù)荷的功率需求。逆變器是交直流變換的重要器件，光伏電池與蓄電池之間的能量交換形式都是以直流形式進(jìn)行輸出，但是小區(qū)的用電負(fù)荷形式需要采用交流供電形式，因此需要進(jìn)行交直流變換后，對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。采用交流供電形式能夠更好地保證電能的合理輸出，為小區(qū)的負(fù)荷提供穩(wěn)定交流電。線路阻抗是考慮到實(shí)際小區(qū)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)中所存在的線路阻抗消耗，本設(shè)計(jì)的阻抗形式設(shè)置成阻感性。LC濾波器是為了更好地實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波濾除，對(duì)于負(fù)載的諧波輸出具有一定的抑制作用。負(fù)荷設(shè)置兩種，一種為固定負(fù)載，一種為可動(dòng)負(fù)載，在2s時(shí)可動(dòng)負(fù)載加入進(jìn)微電網(wǎng)系統(tǒng)中以模擬小區(qū)用戶的負(fù)載突變，以此來驗(yàn)證負(fù)載變化時(shí)微電網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性。圖3-15主電路仿真模型下圖3-16所示為微電網(wǎng)系統(tǒng)逆變器控制的仿真模型搭建。逆變器控制策略采用傳統(tǒng)的雙閉環(huán)PI控制結(jié)構(gòu)，逆變器控制是根據(jù)下式（3.16）所示的主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行確定。在逆變器控制策略中，采用傳統(tǒng)的PI控制策略能夠完成逆變器的良好控制。（3.16）圖3-16逆變器控制仿真模塊坐標(biāo)變換及功率計(jì)算由三相靜?止坐標(biāo)?系到a???lph???a-b???eta???靜止坐?標(biāo)系的?變換過?程，采?用的C???lar???k變換?就是將?三相靜?止坐標(biāo)?系與兩?相靜止?坐標(biāo)系?共用一?個(gè)坐標(biāo)?原點(diǎn)，?并經(jīng)三?相中的?a軸與?兩相的?軸重?合，實(shí)?現(xiàn)b、???c軸向???β軸的???轉(zhuǎn)變，???具體的???轉(zhuǎn)換公???式如式???（3.17）所???示：（3.17）式（3.18）所???示即為???Cla???rk坐???標(biāo)變換???的公式???，上式???只是針???對(duì)電流???的變換???，當(dāng)對(duì)???電壓進(jìn)???行變換???時(shí)，也???是如此???。上式???中的i???0一項(xiàng)???是在實(shí)???際變換???中是0???，因?yàn)???三相電???壓源是???不存在???零序分???量的，???在需要???進(jìn)行反???變換時(shí)???，將式???（3.18）進(jìn)???行矩陣???變換即???可實(shí)現(xiàn)???。因?yàn)???本設(shè)計(jì)???采用的???是雙閉???環(huán)PI???控制，???因此，???對(duì)電壓???的Cl???ark???變換后???可得到：（3.18）式（3.19）即為電壓變換結(jié)果。alpha-bet???a靜止???坐標(biāo)系???到dq???旋轉(zhuǎn)坐???標(biāo)系的???變換過???程中，???實(shí)現(xiàn)的???是兩相???靜止坐???標(biāo)向兩???相旋轉(zhuǎn)???坐標(biāo)的???轉(zhuǎn)變，???在具體???向量的???體現(xiàn)上???，是向進(jìn)行轉(zhuǎn)???換的過???程。P???ark???變換公???式是矢???量的變???換，其???變換公???式如下：（3.19）式中θ=wt，此公式???即為P???ark???變換的???實(shí)現(xiàn)過???程，對(duì)???電壓進(jìn)???行變換???后，可得：（3.20）通過對(duì)式（3.20）變換結(jié)果進(jìn)一步整理，可得到轉(zhuǎn)換矩陣如下：（3.22）相應(yīng)的反交換矩陣：（3.23）在功率輸出中，對(duì)PQ有功與無功可按照下式進(jìn)行功率計(jì)算。（3.24）（3.25）對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)變換仿真模塊如下圖3-17所示。圖3-17坐標(biāo)變換仿真模塊 下圖3-18所示為PQ功率控制仿真模塊，采用PQ控制能夠及時(shí)計(jì)算出微電網(wǎng)的輸出功率變化情況。圖3-18PQ控制仿真模塊

第4章仿真分析4.1輸出側(cè)仿真分析下圖4-1所示為微電網(wǎng)輸出功率波形，由下圖的仿真波形可以得到，第一個(gè)曲線為光伏陣列的輸出功率，在微電網(wǎng)剛剛啟動(dòng)時(shí)，光伏電池的功率輸出經(jīng)過短暫的下跌之后，會(huì)很快實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，由波形的曲線可以得知，光伏電池的輸出功率保持恒定輸出，盡管在2s時(shí)將可變負(fù)載加入到微電網(wǎng)系統(tǒng)中，但光伏陣列的輸出功率一直以12KW進(jìn)行輸出。而對(duì)比第二個(gè)蓄電池輸出功率波形可知，在前2s時(shí)間內(nèi)，蓄電池處于充電狀態(tài)，因?yàn)樵?s之前負(fù)載由光伏電池就能夠?qū)崿F(xiàn)功率供給。第三個(gè)負(fù)載功率變化曲線也同樣可以看到，在2s以后負(fù)載功率變化之后，負(fù)載功率在20KW，光伏電池所能提供的功率不能滿足負(fù)載的功率需求，此時(shí)需要蓄電池提供8KW的功率輸出來彌補(bǔ)光伏電池不足的功率。圖4-1微電網(wǎng)輸出功率波形下圖4-2和圖4-3所示為微電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓、電流輸出仿真波形。由圖可以看出，在微電網(wǎng)系統(tǒng)中，經(jīng)過逆變器逆變的電壓以及電流具有標(biāo)準(zhǔn)的正弦特性。光伏電池以及蓄電池相互組合的微電網(wǎng)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)的負(fù)荷進(jìn)行供電，轉(zhuǎn)換后的交流電具有良好的波形平滑性。圖4-2微電網(wǎng)電流輸出波形圖4-3微電網(wǎng)輸出電壓波形 下圖4-4所示為微電網(wǎng)光伏側(cè)輸出波形，由下圖波形分析可知，直流側(cè)母線電壓通過MPPT以及蓄電池實(shí)現(xiàn)了直流母線電壓的恒定。下圖也可以看到，光伏輸出的電壓、電流具有良好的收斂性。圖4-4微電網(wǎng)光伏側(cè)輸出波形4.2蓄電池仿真分析由下圖4-5所示的蓄電池輸出特性仿真波形中可以看到共有三個(gè)電池輸出特性物理量分別為SOC、電流以及電壓實(shí)時(shí)仿真波形。隨著時(shí)間的推移，對(duì)于電池容量SOC一直在50％左右波動(dòng)，為了達(dá)到直流母線電壓的恒定。SOC.持續(xù)對(duì)直流母線電壓進(jìn)行充電與放電操作?？梢钥吹皆诜抡鏁r(shí)間2秒之前，電池容量不斷增加，此時(shí)光伏電池對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。在2秒到3秒之間SOC容量下降，此時(shí)光伏電池為保證直流母線電壓的恒定，需要蓄電池對(duì)直流母線電壓進(jìn)行放電操作。從電流電壓仿真波形中可以看到仿真波形較為平滑，此時(shí)蓄電池的電流輸出較小，而直流母線電壓維持在430V附近?？梢钥吹讲捎肞ID控制能夠合理的控制電壓值，使其保持在恒定狀態(tài)下。圖4-5蓄電池輸出特性 下圖4-6所示為蓄電池功率輸出仿真波形，由圖可以得到，在整個(gè)微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，因?yàn)楣夥嚵械墓庹諚l件良好，自身供給直流母線電壓恒定的電壓值，因此不需要蓄電池進(jìn)行額外放電。通過仿真波形進(jìn)一步可以看到，在整個(gè)小區(qū)所建立的微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，在系統(tǒng)剛剛啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)是具有一定的波動(dòng)性，但是很快歸于平穩(wěn)。一直到2秒時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，為了跟蹤負(fù)載的變化，滿足負(fù)載的功率波動(dòng)需求，蓄電池會(huì)與光伏陣列組件共同對(duì)增加的負(fù)載進(jìn)行供電，以保證負(fù)載功率突變對(duì)微電網(wǎng)系統(tǒng)的影響。圖4-6蓄電池功率輸出仿真波形4.3光伏電池仿真分析在Matlab/Simulink平臺(tái)上???進(jìn)行仿???真分析???，以驗(yàn)???證MP???PT算???法的有???效性。???當(dāng)溫度???為25???℃時(shí)，???光照強(qiáng)???度在1???KW/???m2時(shí)???，采用???P&O???法的M???PPT???的結(jié)果???如圖4-7?所示。圖4-7光伏MPPT控制結(jié)果從圖2-1???1的功???率輸出???波形中???分析可???知，當(dāng)???保持溫???度為不???變、光???照強(qiáng)度???保持恒???定時(shí)，???光伏電???池的輸???出特性???中功率???曲線隨???著時(shí)間???的延長???而逐漸???趨于平???緩。此???時(shí)的電???壓變化???范圍較???小，因???此可以???看到采???用P&???O法實(shí)???現(xiàn)MP???PT控???制時(shí)具???有電壓???波動(dòng)范???圍較小???的控制???效果。???能夠使???得光伏???電池的???電壓輸???出保持???良好特???性，可???進(jìn)一步???驗(yàn)證所???MPP???T的控???制策略???具有良???好的特???性。

結(jié)論本文主要是在能源枯竭的時(shí)代背景之下，為尋求可替代能源來解決能源問題，在城市小區(qū)內(nèi)建立微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。通過光伏電池與蓄電池共同組合混合儲(chǔ)能微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可根據(jù)小區(qū)的具體地理位置和光伏條件來建立合適的小區(qū)微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過對(duì)文獻(xiàn)的調(diào)研以及小區(qū)光伏發(fā)電系統(tǒng)的綜合分析，本文主要做出了以下工作：1、研究并設(shè)計(jì)綜合儲(chǔ)能、微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)混合微電網(wǎng)，通過光伏電池與蓄電池相結(jié)合進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)了能源配置管理。采用逆變器控制技術(shù)以及光伏陣地MPPT控制和儲(chǔ)能蓄電池控制技術(shù)相結(jié)合，完成了光伏微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的控制策略研究。2、通過matlab/simulink仿真平臺(tái)搭建小區(qū)光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模型，并通過對(duì)小區(qū)給定負(fù)載的變化來驗(yàn)證所搭建仿真模型的正確性與可行性。通過仿真分析可知，本文所采用的控制策略能夠良好的實(shí)現(xiàn)對(duì)小區(qū)負(fù)荷的實(shí)時(shí)供電，能夠滿足小區(qū)對(duì)用電功率的需求。

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