光伏并網(wǎng)穩(wěn)定性控制與運行分析

1、BREAD PPT DESIGN光伏并網(wǎng)穩(wěn)定性控制與運行分析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 太陽能是目前人類擁有的最清潔，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。 上世紀90年代，德國，日本和美國等發(fā)達國家掀起了屋頂光伏發(fā)電的研發(fā)高潮。 我國于1958年開始研究光伏

2、電池，截止2006年底，中國太陽電池的產(chǎn)量達到369.5MWp，累計裝機已經(jīng)達到80MWp,位居世界第三大光伏電池生產(chǎn)國。Electrical Engineering 論文綜述論文綜述Part02Electrical Engineering BREAD PPT DESIGN如何實現(xiàn)光伏陣列工作在最大功率狀態(tài)？1.如何將太陽能轉(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 研究過程及方法研究過程及方法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03光伏陣列最大功率點跟蹤04雙閉環(huán)鎖相控制策略及其實現(xiàn)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計的四大模塊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.考慮到太陽能電池具有強烈的非線性特性，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式并網(wǎng)拓撲結(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)計進行的主要工作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)知識可得其基于物理原理的表達式法：shsAKT

5、IRUqophRIRUeIIIs/)()1(/)(03計及環(huán)境對光伏陣列的影響并帶入開路和短路狀態(tài)得到一種工程上簡化的數(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光伏電池數(shù)學(xué)模型Simulink模塊BREAD PPT DESIGN光伏并網(wǎng)逆變器主電路設(shè)計前級為DC/DC Boost升壓電路，通過控制和改變IGBT的占空比來改變光伏陣列的輸出電壓，同時實現(xiàn)最大功率跟蹤功能。后級為逆變結(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)，是用戶描述一個模塊特性及功能的函數(shù)。當Simulink庫提供的模塊不足以滿足用戶的需求時，用戶可以通

7、過S函數(shù)自己打造一個模塊,完成期待的動作。本設(shè)計利用Simulink中的S函數(shù)設(shè)計了基于電導(dǎo)增量法的最大功率跟蹤功能，通過檢測直流母線側(cè)電容電壓和光伏陣列的輸出電流，通過S函數(shù)控制IGBT的占空比，使得光伏陣列逼近最大功率點?；赟函數(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)系到整個光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為了抵消電網(wǎng)電壓波動對系統(tǒng)輸出的影響，加入電壓外環(huán)進行控制。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)通過給定電流與參考電流的比較，實現(xiàn)逆變輸出電流與電網(wǎng)電壓保持同頻同

8、相，進而實現(xiàn)并網(wǎng)。鎖相技術(shù)鎖相環(huán)技術(shù)能夠?qū)ο辔贿M行自動化控制，并且通過相位的自動化調(diào)節(jié)作用來實現(xiàn)兩個相位始終保持同步。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請輸入您要的內(nèi)容本設(shè)計采用規(guī)格型號為STP120-12/Tb的無錫尚德太陽能電池板作為單體光伏電池。將24塊該型號的光伏電池，先將21塊進行串聯(lián)組成串聯(lián)，再將兩串聯(lián)組進行并聯(lián)。光伏陣列最大功率點的電壓值為361.2V，電流值為13.9

11、6A，滿足實際并網(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當環(huán)境溫度一定時，不同光照強度下光伏陣列輸出功率雖然不同，但不同功率所對應(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性能驗證T一定時，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性能驗證BREAD PPT DESIGN某一穩(wěn)態(tài)時刻光伏陣列輸出電流：13.94A（13.96A）標準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光照強度突變時并網(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)電壓的相位實現(xiàn)同步。 2.穩(wěn)態(tài)時，諧波總畸變率THD約為3.5%，功率因數(shù)在0.995以上。 3.光照強度發(fā)生突變時，輸出電流仍能準確跟蹤電網(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，從而實現(xiàn)并網(wǎng)要求。設(shè)計結(jié)論1.簡化的光伏陣列數(shù)學(xué)模型給Simulink建模及仿真帶來極大的方便，有利于問題的分析.2.兩級式主拓撲結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)直流側(cè)電容電壓穩(wěn)定，前后級可以獨立運行，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)增量法能夠準確跟蹤光伏陣列的最大功率點，S函數(shù)則降低了模型的復(fù)雜度。Electrical Engineering BREAD PPT DESIG