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1、含光伏阵列及燃料电池的微网建模与仿真本文由lmj2003126贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第34卷第1期2010年1月10日Vol.34No.1Jan.10,2010含光伏阵列及燃料电池的微网建模与仿真陶琼1,2,吴在军1,2,程军照3,凡勇3(1.东南大学电气工程学院,江苏省南京市210096;2.伺服控制技术教育部工程研究中心,江苏省南京市210096;3.国网电力科学研究院/南京南瑞集团公司(武汉院区),湖北省武汉市430074)摘要:为了能够对微网的运行特性进行深入的理论分析研究,有必要建立微网的仿真模型。在MATLA
2、B仿真环境下,建立了光伏阵列、质子交换膜燃料电池2种常见微电源的仿真模型,同时结合无差拍(deadbeat)控制的单相并网逆变器,构建了简单的微网模型。算例仿真验证了该模型的有效性和正确性。关键词:微网;光伏阵列;质子交换膜燃料电池;逆变器;仿真0引言微网是将分布式电源、负荷、储能装置及控制装[1]置等集成而形成的一个可控单元。它为分布式电源提供了一种新的运行方式。其仿真模型是分析微网复杂的电磁机电暂态过程、优化规划与运行、稳定性分析、控制保护等各项技术研究的必要手段。目前的仿真工具缺乏微网模型,而且微网内部含有大量电力电子装置,现有仿真工具难以准确仿真微网及含微网的配电网。本文在MA
3、TLAB仿真环境下,对光伏阵列、质子交换膜燃料电池2种常见微电源进行了建模与仿真,同时结合无差拍(deadbeat)控制的单相并网逆变器模型,构成了简单的微网模型。1光伏阵列模型本文采用的光伏阵列模型基于工程用太阳电池的模型,采用供应商提供的重要技术参数,包括短路电流Isc、开路电压Uoc、最大功率点电流Im、最大功率点电压Um、最大功率点功率Pm,保证一定精度并复现光伏阵列特性。光伏阵列模型描述如下[223]。1)参考条件下,当输出电压为Uo、对应电流为I时,光伏阵列的I2U方程为:Uo-1I=Isc1-c1exp(1)c2Uoc式中:c1和c2根据最大功率点时U=Um,I=Im,以
4、及开路状态下I=0,U=Uoc计算得到,Im-Umc1=1exp(2)Iscc2Uoc收稿日期:2009209227。国家自然科学基金资助项目(50807008);国家电网公司科技项目/微网技术体系研究0。Um-1Im-1ln1(3)UocIsc2)考虑太阳辐射变化和温度影响,光伏阵列的I2U方程为:U-$UI=Isc1-c1exp2oc-1+$I(4)cU式中:$U=-B$T-Rs$I(5)C$TcosHCcosH1Isc$I=A+(6)CrefCref$T=Tc-Tref(7)Tc=Ta+tcCHcos(8)Cref和Tref分别为太阳辐射和光伏电池温度参考值,一般取为1kW/m2
5、,25e;A和B分别为参考日照下,电流和电压变化温度系数,单位A/e,V/e;Rs为光伏模块的串联电阻,单位8;H为太阳辐射角度,即光的入射角;C为任意太阳辐射强度,单位W/m2;Tc为太阳电池温度,单位e;Ta为环境温度,单位e;tc为太阳电池模块的温度系数,单位e#m2/W。该模型考虑了环境温度、太阳辐射强度、太阳入射角度等环境因素对光伏阵列I2U特性的影响,能够较准确地复现任意组合的光伏阵列。c2=2质子交换膜燃料电池模型质子交换膜燃料电池(protonexchangemembranefuelcell,PEMFC)具有低运行温度、比能量高、响应快速、启动快速、稳定性好、寿命长,以
6、及无环境污染等特点,非常适合应用于功率在200kW~2MW的分散式电站。PEMFC有3个主要组成部分:阳极,固体聚合物层和阴极。PEMFC采用集中式参数模型,其模型建立如下[426]。在PEMFC阳极侧,氢气的压力受流入氢气流)89)2010,34(1)量、流出氢气和反应消耗氢气流量的影响,可得氢气压力特性方程式[5]为:dPH2RTmH,I-Ka(PH-PH,B)-IN=(9)222dtVa2F式中:PH2为氢气分压,单位Pa;Va为阳极流场总体积,单位cm3;R=81314J/(mol#K),为气体常数;T为电池工作温度,单位K;mH2,I为流入氢气流量,单位mol/s;Ka=61
7、435@10-7mol/(s#Pa),为阳极流量系数;PH2,B为氢气排除压力,单位Pa;N为单电池数量;F=96485C/mol,为法拉第常数;I为PEMFC的负载电流。同理,可得氧气压力特性方程为:dPO2IN=RTmO2,I-Kc(PO2-PO2,B)(10)c2FdtV式中:PO2为氧气分压,单位Pa;Vc为阴极流场总体积,单位cm;MO2,I为流入氧气流量,单位mol/s;Kc=61435@10-7mol/(s#Pa),为阴极流量系数
