三相光伏发电并网系统的建模与仿真

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1、三相光伏发电并网系统的建模与仿真摘要：为了真实地模拟光伏发电并网系统，针对光伏发电并网的最大功率点追踪，给出了基于电导增量法的控制方法，提高了光伏电池阵列的工作效率。利用Boost电路实现MPPT控制，以SVPWM变换形成PWM波，在此基础上分别从光伏发电并网系统的各重要组成部分出发，建立了一套两级式三相光伏并网发电系统模型。最后，通过仿真对所搭建模型的动态性能进行验证。仿真结果表明，该模型能够真实地反映三相光伏发电并网系统的实际运行特性，具有较好的动态性能。关键词：光伏并网系统；光伏阵列；并网逆变器；SVPWM中图分类号：TN710734文献标识码：A文章编

2、号：10047373X(2015)12?0159?040引言光伏发电是一种新型的分布式发电技术，光伏发电系统主要是利用太阳能光伏电池直接对光能进行能量转换从而产生电能的一套装置，但是由于太阳光本身的不稳定等因素，光伏发电并网会对当前电网的稳定性造成一定的影响，因此对光伏发电并网的相关科学研宄具有非常重要的实际意义。近年来，我国对光伏发电并网的相关研宄取得了很多关键性的进展，文献［1］对光伏发电并网的几个核心问题进行了研究，通过改进扰动法和Boost电路实现MPPT，对比光伏并网的电流控制方式，以双闭环控制对联网逆变器进行控制以及孤岛检测的优化等，该文献为发展分

3、布式能源的高效利用提供了重要参考文献［2］是在PSCAD/EMTDC平台上搭建了一个直流光伏发电模型，该模型的优势在于能够模拟任意光照强度下的光伏l?V特性，但未对三相光伏并网系统进行仿真。文献［3］通过实际的光伏发电并网系统的运行数据，系统的介绍了光伏发电并网后对电网的影响，对不同天气情况下的光伏发电功率、孤岛检测和大功率光伏发电并网后对电网负荷的影响等方面进行了研究并对未来的光伏发电并网的调度、负载等问题进行了分析，对光伏发电的并网研宄具有指导意义，但没有提出具体的处理方案。文献［4］主要针对光伏电源在微电网中的接入问题进行了研宄，提出以PV的平均功率来计

4、算储能设备容量的相关方法，并通过仿真验证了该方法具有较好的实际应用价值，但该研宄主要针对的是微网环境。本文主要是在Matlab/Simulink平台上搭建了一套两极式三相光伏发电并网系统模型，分别建立了基于光伏发电伏安特性的光伏电池阵列模型和基于电导增量法的MPPT控制模型，通过MPPT控制提高了光伏电池阵列的工作效率，最后通过仿真验证了本系统具有较好的动态性能。1光伏阵列以及MPPT控制仿真模型光伏发电并网系统主要包括太阳能电池阵列、并网逆变器、变压器等最后再与大电网相连，其中光伏电源的等效电路如图1所示。图1中，恒流源［ISC］为光生电流。［IL］为分光电

5、流，它流过负载［RL］，在其两端产生了电压［UL］，此电压作用于二极管产生了抵消另一部分光电流的电流［IF］，也可称为暗电流。另外电池本身还有电阻，因此用一个并联电阻［RSH］和一个串联电阻［Rs］来等效。通过对光伏电池的等效电路的以及物理特性的分析可以得出以下算式：［IL=ISC-IFO(eq(UL+ILRs)AKT-l)-UL+ILRsRSH］(1)式中，［A］是二级管理想常数，当正偏电压大时为1，正偏电压小时为2;［K］为波尔兹曼常数，其值为［1.38X10-23J/K］；［T］为光伏电池的温度；［IFO］为光伏电池在无光照时的饱和电流。从式中可以看出，

6、光伏电池阵列输出的电压和电流受外界环境条件如光照强度温度等的影响，在相对稳定的日照条件下，短路电流的强度与温度呈现出一定的线性关系。基于以上数学模型，本文建立了的光伏阵列模型，其输出特性如式(2)所示：[IL=NPISC-NPIFO(eq(UL+ILRs)NSAKT-1)](2)式中：[NS]和[NP]分别代表串联组件和并联组件的数量，光伏阵列仿真模型如图2所示。光伏并网系统中为了提高光伏阵列的发电效率，通常要求整个光伏发电系统的功率始终保持在最大，即系统始终要对其最大功率点进行追踪(MPPT)[5]。本文通过Boost电路来实现升压功能，以电导增量法实现MP

7、PT的控制，其原理就是通过对比光伏发电电池阵列的瞬时导抗以及导抗的变化量来实现MPPT功能，从典型光伏电池输出功率P?V特性随温度变化曲线中[6]可以得到光伏发电并网系统的输出功率具有最大功率点处功率对电压的导数为0这一特性，即：[d(P)d(V)=0](3)[d(VI)d(V)=ld(V)d(V)+Vd(I)d(V)=I+Vd(I)d(V)=0](4)[d(I)d(V)=-IV](5)电导增量法中的核心问题就是判断式(5)所示的关系能否成立［7］，当式（5）成立，即输出电导的变化量和负的输出电导相等就表明此刻光伏并网的P?V曲线斜率为零，即达到了最大功率点M

8、PP;若不成立就要根据算式（5）的大小