光伏系统并网运行仿真研究

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1、第1期总第235期农业科技与装备NO．1TOtalNO．2352014年1月AgnculturalScience&TechnologyandEquipmentJan．2014光伏系统并网运行仿真研究顾振宇，付立思，吴硕(沈阳农业大学信息与电气工程学院，沈阳110866)摘要：根据光伏发电的原理和数学模型，设训一一个由光伏组成的直流微网。光伏发电部分能够实现变步长最大功率跟踪，结合双向整流器提出G光伏直流微网并网的控制策略，并利用MATLAB仿真验证控制策略的可行性，为光伏发电技术的发展提供理沦依据。关键词：光伏系统；最大功率跟踪；仿真；直流微网；控制中图分类号：TM727文献标识码：A文章编号

2、：1674—1161(2014)01—0052—03近年来，人们逐渐开始利用洁净、可再生能源发(25℃)；V，／m为最大功率点电压、电流；为光伏电电，如太阳能，风能等。光伏发电技术和产业不仅是当池当前温度；为光伏电池短路的电流温度系数；今能源的重要补充，更具备成为未来主要能源来源的为光伏电池开路的电压温度系数。潜力。《国家能源发展规划》规定，2010-2020年重点根据上述公式得出的MATLAB仿真波形如图1采用户用光伏发电系统或建设小型光伏电站，以解决所示。偏远地区和无电户的供电问题。目前，国内对光伏并网的研究较多，相关设备越来越先进，相关理论也在不断完善。介绍光伏发电的原理和数学模型，给出

3、目前比较流行的变步长最大功率跟踪的分析和仿真模型，在此基础上描述BOOST电路的工作原理．最后结合双向整流器提出G光伏直流微网并网的控制策略，并利用MATLAB仿真验证控制策略的可行性。1光伏电池的数学模型和仿真光伏电池利用光生伏特效应产生电能，工程上普图1电流电压和功率电压波形Figure1Currentvoltageandpowervoltagewaveform遍采用硅光伏电池进行光电转换。光伏电池的等效模型数学表达式为：2并网变换器的控制策略『二垒一1]光伏并网变换器控制策略分为单级式和两级式k{卜cexPl(1-1SC)ep(u2OC)∞j，(1)2种。单级式拓扑结构比两级式少一个DC

4、／DC直流C2=(vjr一1)ln(1一l／，j(2)变换环节．并网运行时的控制目标比较多，难以兼顾，AI=c~G(一)／G(G／G1)(3)因而较少采用。两级式虽然比单级式成本高，但其前AV=-／3(—)+AI(4)后级可以分工合作，控制效果较好。两级式并网变换式中：，为太阳能电池输出电流：U为太阳能输出器控制又分为前级最大功率跟踪和后级最大功率跟电压；L为短路电流；C为太阳能辐射强度；，G分踪2种当采用后级最大功率跟踪时，在不同的运行别为太阳辐射(1000W／m)和光伏电池温度参考值阶段，前后级需要改变调节速度来满足控制要求，增加了整个系统控制的复杂程度。采用前级最大功率跟踪时．DC／DC

5、环节只需进行太阳能电池的最大功率收稿日期：2013一l2—03跟踪，利用功率平衡来维持直流侧电压。为避免能量作者简介：顾振宇(1988一)，男，硕士，从事微电网仿真运行方堆积，要求DC／AC的调节速度比前级DC／DC快，但面的研究。其更容易实现。前级最大功率跟踪的控制结构如图2通信作者：付立思(1964一)，男，博士，教授，从事系统建模与所示优化控制、生产过程参数检测方面的教学及科研．7-作。2014年第1期顾振宇等：光伏系统并网运行仿真研究53兰量]edq(5)出尺式中：为交流侧滤波电感；R为交流侧线路等效阻抗；C为直流侧电容；为直流侧电压；i出为直图2光伏三相并网框图Figure2Phot

6、ovoltaicthree-phasegriddiagram流侧负载电流(工作在整流状态时)；i为解耦后的有功电流；i。为解耦后得无功电流；为交流侧电压频2．1最大功率跟踪电路控制策略率；S为解耦后控制有功的开关函数；S。为解耦后控光伏电池最大功率跟踪电路有BUCK电路、制无功的开关函数。BOOST电路、BUCK—BOOST电路、CUK电路。BOOST整流器的控制策略分为间接电流控制和直接电电路(如图2所示)适合工作于小功率光伏系统。流控制。间接电流控制由于没有交流侧电流反馈环BOOST变换电路主要由续流二极管D1、全控开关管节，所以控制原理简单、工作可靠，缺点是交流侧电流T、电感和电容组成。

7、当全控开关导通时，电感开始续的动态响应比较慢及系统参数变化给网侧电流带来能：当全控开关关断时，电感产生的反电动势和电源的影响比较大。直接电流控制引入了交流电流反馈，的电压串联加在电容C2上．这使得电容C2上的电交流侧电流反应快．控制性能有所提高，但控制系统压高于电容C1。复杂程度较高。不过，直接电流控制依然是目前应用通过改变全控开关T的导通频率和占空比，实现比较广泛的一种控制方法，其控制策略如图3