光伏发电并网仿真实验报告

三相两级式光伏并网仿真实验报告

（此仿真务必用matlab2011b打开）

1仿真要求

光伏仿真主电路及参数如下：

L 5mH

Uc2 500V

L 23mH

V

Uoc 44.2VIsc 5.29AUm 35.4VIm 4.95APm 175Wp

12

NY/ , Uk% 16

仿真要求：

1、建立光伏阵列的数学模型；

2、DC/DC换流器实现MPPT，算法自定；

3、三相VSC，在dq坐标系下实现直流电压和电流的控制，控制器采用PI控制器。

4、采用频率和开关频率6kHZ。 5、仿真软件自选。

6、仿真完成的同时，编写仿真实验报告，报告应包括：模块功能介绍，控制器参数，光伏阵列伏安特性及功率特性，MPPT仿真结果，交流侧电压电流波形（单位功率因数、发出感性无功、吸收感性无功）。

2光伏阵列模块

（1） 模块的搭建

光伏阵列的输出具有非线性特征，并且其输出受光照强度、环境温度和负载情况影响。在一定的光照强度和环境温度下，光伏电池可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏电池的输出功率才能达到最大值。光伏电池的等效物理模型如图1所示。

RS

IL

IphRL

图1 光伏电池等效物理模型

设在任意太阳辐射强度R W m2 和环境温度T，25C 条件下，Isc为短路电流，Voc为开路电压，Im为最大功率点电流，Vm为最大功率点电压，当光伏阵列电压为V，其对应的电流I为：

I Isc1 C1 exp V/ C2 Voc 1 C1 1 Im/Isc Isc exp Vm/ C2 Voc

C2 Vm/Vsc 1 /Im 1 Im/Isc DI R/Rref*DT R/Rref 1 Isc

DV DT RsDI

DT T Tref

T T tcR

式中tc为太阳电池模块的温度系数；Rref、Tref分别为太阳日照强度和太阳能电池温度

参考值；α：在参考日照下，电流变化温度系数(Amps/℃)；β：在参考日照下，电压变化温度系数(V/℃)；Rs：光伏模块的串联电阻。

基于上述的数学模型，利用Simulink工具建立光伏阵列仿真模型，如图所示，可以获得任意太阳辐射，环境温度下的光伏电池的电压和电流。

图2 光伏电池仿真模型

（2） 参数的设置

为了实现8串4并的光伏阵列的模拟，可将参数按如下设置

短路电流：Isc=5.29*4A开路电压：Uoc=44.2*8V最大功率点电流：Im=4.95*4A最大功率点电压：Um=35.4*8V太阳能电池温度：T=20 C光伏电池温度参考值：Tref=25 C太阳辐射：R=1000W/m2

电流变化温度系数： =0.0012*4.5A/ C电压变化温度系数： =0.005*42*(-1)V/ C内部串联损耗：Rs=-1*0.1 辐射系数：K=0.00098

（3） 特性曲线 光伏阵列的输出特性：

光照强度和温度不变时的I-U特性、P-U特性如图所示。

图3 光伏电池的I-U特性、P-U特性

3逆变器模块

（1）模块的搭建

图4 逆变器仿真模型

（2）特性曲线

图5 逆变器输入输出特性曲线

（3）参数的设置

L=0.032H；C=180*10-6F

4．DC/DC换流器模块

DC/DC换流模块主电路是一个升压boost

电路，对直流电压进行升压。在经

过MPPT控制模块实现最大功率点跟踪之后，由MPPT模块给出控制信号，DC/DC换流模块接受该信号开始工作。模块搭建如图

图6 DC/DC换流器电路

参数设置：

5最大功率点追踪模块

（1）仿真原理

在双级光伏发电系统中，采用DC／DC环节完成最大功率控制的任务．即调节DC／DC变换器的控制脉冲占空比．相当于调节光伏组件输出侧的等效负载的大小，使等效负载与光伏电池组件在该环境条件下工作于最大功率点时对应的负载大小相同，以使电池组件工作于最大功率点。

这个仿真中采用的是扰动法，基本思想：首先扰动光伏电池的输出电压，然后观测光伏电池输出功率的变化，根据功率变化的趋势连续改变扰动电压方向，使光伏电池最终工作于最大功率点。（2）模型搭建

图6 扰动法仿真模型 图7 PWM调制仿真模型

该方法采用反馈控制，分为电压扰动法和电流扰动法。这里才用的的电压扰动。用第n时刻P(n)与第n－1时刻的采样值P(n－1)差值是否大于零来判定光伏电池是否工作在最大功率点处。如果是，则保持扰动方向; 否则改变扰动方向。根据上述思想，建立了占空比扰动法的仿真模型，如图4所示V和I分别为采样的电压和电流，零阶保持器的采样间隔设置为0.00001s，Repeat Sequence的Time values设置为 [0 0.0005 0.001]，可以产生波形稳定占空比可调的矩形脉冲，仿真模型的仿真时间设置为1s。占空比扰动法最大仿真步长难以确定，根据经验，分别设置为0．00001和0．0001，可以取得较好的控制效果。通过多次仿真实验可知，在仿真中如果采用较大步长进行干扰，可以获得较快的响应速度，但达到稳态后功率在最大功率点小范围内振荡;采用较小的步长使得跟踪速度过慢，在外界环境剧烈变化情况下可能发生误判。 （3）MPPT仿真结果

图7 实现MPPT的P-t曲线

图8 实现MPPT的U-t曲线

图9 Udc的输出波形

6控制系统

光伏并网发电系统的核心是并网逆变器，其控制系统的好坏直接影响整个系统的性能，本仿真中逆变器采用电压外环和电流内环的双环控制策略，其中电压外环用于控制逆变器的输出电压，电流内环实现网侧电流的波形和相位控制，电流内环的动态性能直接影响电压外环的控制性能和稳定性。调制时需要将电网侧的电流、电压由静止的abc坐标系下变换到同步旋转的dq坐标系下。外环PI的参数Kp=10，Ki=20；Kp=1，Ki=2；内环PI的参数Kp=5，Ki=50。

交流侧电压方程：

Va=Ria+L

dia

+eadtdi

Vb=Rib+Lb+eb

dtdi

Vc=Ric+L+ec

dt

变换到旋转坐标下:

vd Rid ed Liq Kpi(1

1

)(idref id) Tiis

1

)(iqref iq)

Tiis

vq Riq eq Lid Kpi(1

IUdcref

Rid ed Liq

q

Rid ed Liq

图10 d-q坐标系下的PI控制框图

交流侧电压电流波形仿真结果： （1）单位功率因数时

图11 单位功率因数交流侧a相电压电流波形

图12单位功率因数交流侧a相电压与逆变器输出电流波形

（2）发出感性无功时

图13发出感性无功交流侧a相电压电流波形

（3）吸收感性无功时

图14吸收感性无功交流侧a相电压电流波形

7结论

光伏电池仿真结果很理想，dc-dc的mppt功能能够实现，逆变器也能够实现直流到交流的转换作用，但是逆变器并网的控制效果不好，调节电流内环的PI参数，可以使交流侧电压电流波形的相位一致但同时又导致DC输出的电压不能达到500V，为了是两者尽量都达到预期于是设置了上述参数，但导致相位仍有偏差，于是对于吸收和发出感性无功的波形不能看出明显的相位的变化。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jff4.html