風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的MATLAB建模及仿真分析案例風(fēng)電互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的MATLAB建模及仿真分析案例 1.1光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制及Boost電路 1 3 4 41.3.2雙向DC-DC變換器建模和參數(shù)設(shè)置 51.3.3儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電控制策略 7 8 8 9光伏電池Boost升壓電路原理圖如下圖1.1所示：在電流連續(xù)的工作情況下輸出電壓滿足：其中D為開(kāi)關(guān)器件的占空比，D<1,故UL其值始終大于Upv,達(dá)到升壓的目的，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比D就可以改變輸出電壓的大小。Boost電路中參數(shù)設(shè)計(jì)主要是升壓電感和輸出濾波電容的設(shè)計(jì)，工作在電流連續(xù)狀態(tài)下，一個(gè)周期內(nèi)電感上充放電相等，假設(shè)無(wú)損耗，Pp?=PRI,Ppv是光伏電光伏電池光生電流，Upv為光伏電池端電壓，IRL為流過(guò)負(fù)載的電流，URL為負(fù)載端電壓，結(jié)合式(4-1)并有,又有Ipv=I,故有其中I?為流過(guò)電感的電流，電感電流公式為,最后得到電感公式：電容C的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下式式中η,為電壓紋波系數(shù)，取1%。模型如下圖3-4所示。×I圖1.2擾動(dòng)觀測(cè)法MPPT仿真圖仿真中最開(kāi)始加入的條件是標(biāo)準(zhǔn)狀況，即T=25C°,S=1000W/m2,在0.5sS降為800W/m2,0.8s光照S上升至1000W/m2,其仿真結(jié)果如下圖所示。圖1.3擾動(dòng)觀測(cè)法輸出端功率追蹤圖上述波形為擾動(dòng)觀測(cè)法MPPT的輸出的波形。Os仿真開(kāi)始運(yùn)行，模擬光照強(qiáng)度由0W/m2突增到1000W/m的情形，0.5s光照強(qiáng)度下降至800W/m2,0.8s后光照重新上升至1000W/m2?？梢钥闯鰯_動(dòng)觀測(cè)算法跟蹤最大功率點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間步長(zhǎng)的擾動(dòng)原因，出現(xiàn)一小段的誤擾動(dòng)，最終穩(wěn)態(tài)跟蹤精度約為99.8%。1.2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制葉尖速比指令風(fēng)電系統(tǒng)控制指令控制器葉尖速比指令風(fēng)電系統(tǒng)轉(zhuǎn)速(a)最佳葉尖速比法(2)功率反饋法轉(zhuǎn)速@最大功率曲線功率指令風(fēng)電系統(tǒng)(b)功率反饋法(3)爬山搜索法本文風(fēng)力發(fā)電最大功率跟蹤采用爬山搜索法，設(shè)置固定步長(zhǎng)為0.48,擾動(dòng)步長(zhǎng)為0.001,圖5-8為爬山搜索發(fā)法仿真模型，采用該模型進(jìn)行風(fēng)力機(jī)最大功CX(c)爬山法MPPT控制1.3儲(chǔ)能系統(tǒng)的建模和參數(shù)設(shè)置本文設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能系統(tǒng)包括：基于雙向DCDC變換器的儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電控制的主電路、蓄電池模塊、超級(jí)電容模塊、雙向DCDC變換器。下面將分別討論模塊，具體模塊的參數(shù)設(shè)置如圖4-2所示。Sinscape/PowerSystems/SpecializedTechnology/ElectricDrives/ExtFundamentalDriveBlPower-ElectronicsBasedFpSimulinkControlD圖4-2給出了蓄電池模塊的模塊和參數(shù)設(shè)置。通過(guò)Parameters中的“type”內(nèi)部電流為90%,蓄電池的響應(yīng)時(shí)間為30s,其他參數(shù)設(shè)置參數(shù)采用默認(rèn)值。ImplementsagenericbatterymodelformoTemperatureandaging(dueNominalvoltage(V)300二Ratedcapacity(Ah)9.61.3.2雙向DC-DC變換器建模和參數(shù)設(shè)置根據(jù)前文所介紹的如圖1.4所示的半橋DCDC變換器的電路圖。從圖可以看圖1.4雙向DCDC變換器的電路圖圖1.5給出了蓄電池和雙向半橋DCDC變換器的連接電路圖的仿真模型。后的模塊如圖f圖1.5蓄電池和雙向半橋DCDC變換器的連接電路圖的仿真模型下圖為蓄電池和雙向半橋DCDC變換器的連接電路圖的仿真模型子系統(tǒng)封(f)蓄電池和雙向半橋DCDC變換器子系統(tǒng)封裝圖和SOC分別為蓄電池電流和蓄電池的含電量。+和-分別為DCDC變換器的正極蓄電池充放電的控制框圖，具體如圖1.6所示。該控制策略采用電壓環(huán)和電流環(huán)控制的雙閉環(huán)控制，且電流環(huán)和電壓環(huán)均采用PI調(diào)節(jié)器。對(duì)于電壓環(huán)控制證電池的使用壽命，防止電池過(guò)放和過(guò)充，這里的設(shè)計(jì)中取電池的SOC在20%~80%。當(dāng)蓄電池的電量SOC大于100或者小于20時(shí)，此時(shí)控制算法就會(huì)封鎖PWM脈沖，讓雙向變換器停止工作，即在低于20%時(shí)停止放電，高于80%時(shí)停止充電。另外，同樣對(duì)該控制算法進(jìn)行了封裝，如圖1.6所示。圖1.6充放電控制的控制框圖2Uref21.7雙閉環(huán)控制的仿真模型圖中，輸出S1和S2分別為DCDC變換器中開(kāi)關(guān)管的PWM脈沖信號(hào)輸入，輸入Vdc、Isc和SOC分別為負(fù)載電壓、蓄電池電流和蓄電池的含電量。1.4風(fēng)光互補(bǔ)系統(tǒng)仿真分析本文所建的風(fēng)光互補(bǔ)直流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功率分布示意圖如圖1.9所示主要包PV系統(tǒng)和PMSG系統(tǒng)一般工作在MPPT狀態(tài)，但在特殊情況下對(duì)其按需做降功率處理。廠□(2)儲(chǔ)能系統(tǒng)：蓄電池通過(guò)雙向DC-DC變換器并入直流微電網(wǎng)。若大電網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)整流電與直流微電網(wǎng)相連；儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)雙向DCDC變換器接入直流母線.1.1.1系統(tǒng)仿真模型及參數(shù)直流母線電容圖1.9整體系統(tǒng)仿真模型建立系統(tǒng)仿真模型如圖1.9所示，其中，光伏電池在額定溫度光照條件下輸出的功率為12.5kW;母線電壓設(shè)置為400V;采用蓄電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)，充放電控制方式采用電壓電流雙閉環(huán)控制策略；風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用PMSG;光照模擬條件：初始光照設(shè)置1000W/m2,在0.5s光照強(qiáng)度下降至500W/m2;初始風(fēng)速設(shè)置而定(天氣，規(guī)模等)。而下限設(shè)定值則是根據(jù)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益來(lái)設(shè)定的，如果時(shí)間(s)(1)有風(fēng)有光的情況如圖i所示，系統(tǒng)由風(fēng)力發(fā)電部分與光伏發(fā)電共同向由圖h、圖i可知，離網(wǎng)系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)。在光伏，儲(chǔ)能電池，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)之間，功率進(jìn)行分配，風(fēng)力機(jī)，光伏電池板在0.16s左右功率達(dá)到最大，母線電壓達(dá)到穩(wěn)定值400V。此時(shí)蓄電池處于充電狀態(tài)，吸收功率。光伏和風(fēng)機(jī)的輸出功率等于負(fù)荷和儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率和，有功率關(guān)系式Pv+PF=PB+PL。Pv為光伏輸(2)有風(fēng)無(wú)光是系統(tǒng)供電如圖j所示，在0.5s之后我們?cè)O(shè)定光照強(qiáng)度變小 (幾乎為零),然后光伏系統(tǒng)停止工作，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行，此時(shí)負(fù)載由風(fēng)(3)有光照強(qiáng)度，但是沒(méi)有風(fēng)，此時(shí)系統(tǒng)工作情況為：在1s之后風(fēng)力發(fā)電共同向負(fù)載供電，各部分能源輸出功率波形如圖k所示。時(shí)間(s)(4)若兩部分的功率同時(shí)低于各自的上限設(shè)定值，那么兩部分將與下限設(shè)定值進(jìn)行比較，若都低于，則兩個(gè)