光伏并網(wǎng)系統(tǒng)建模與MATLAB仿真結(jié)果分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5004光伏并網(wǎng)系統(tǒng)建模與MATLAB仿真結(jié)果分析案例 118861.1光伏電池特性分析 1270971.2兩種不同MPPT算法的對(duì)比分析 358911.3光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真建模 598211.4光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析 61.1光伏電池特性分析分析光伏電池的特性，在上文介紹了光伏電池的通用數(shù)學(xué)表達(dá)式，基于Matlab/Simulink對(duì)光伏電池進(jìn)行仿真建模，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。其中，圖1.1是電池仿真模型。其中光伏電池的參數(shù)選取為最大功率點(diǎn)電流Im=8.2A，最大功率點(diǎn)電壓Vm=30.5V，開路電壓Voc=37.7V，短路電流Isc=8.85A。圖1.1光伏電池的Matlab仿真模型在上文詳細(xì)分析光伏電池的非線性特性，圖1.2和圖1.3分別是光伏電池不同光照強(qiáng)度和溫度下的特性曲線。（a）輸出電壓與輸出電流的特性曲線（b）輸出電壓與輸出功率的特性曲線圖1.2溫度為25°C，不同光照強(qiáng)度下的關(guān)系圖。（a）輸出電壓與輸出電流的特性曲線（b）輸出電壓與輸出功率的特性曲線圖1.3光照強(qiáng)度1000W/m2，不同溫度下的關(guān)系圖。從上面的圖1.2和圖1.3可知，光伏電池具有強(qiáng)烈的非線性特性，光伏電池的輸出電流和輸出功率取決于電池的端電壓、溫度和太陽(yáng)照射強(qiáng)度。比較這些曲線，觀察到隨著光照強(qiáng)度的增加，光伏電池的短路電流增加，最大輸出功率也增加。開路電壓相對(duì)于光照強(qiáng)度呈對(duì)數(shù)上升，短路電流與太陽(yáng)光照射強(qiáng)度成比例。另一方面，比較發(fā)現(xiàn)，隨著工作溫度的升高，光伏電池的短路電流增加，最大輸出功率降低。由于輸出電流的增加遠(yuǎn)小于電壓的降低，所以在高溫下純功率降低。1.2兩種不同MPPT算法的對(duì)比分析比較擾動(dòng)觀察法和電導(dǎo)增量法的優(yōu)缺點(diǎn)，兩種算法設(shè)置相同的仿真條件，仿真中采用10串20并結(jié)構(gòu)，即最大功率約為50kW，仿真中溫度設(shè)置為25°，光照強(qiáng)度初始值設(shè)置為1000W/m2，仿真時(shí)間設(shè)置為0.4s，在t=0.2s時(shí)光照強(qiáng)度下降一半。圖1.4給出了兩種MPPT算法作用下的仿真結(jié)果。（a）基于擾動(dòng)觀察法的仿真結(jié)果（b）基于電導(dǎo)增量法的仿真結(jié)果圖1.4兩種不同MPPT算法的仿真結(jié)果從圖1.4（a）可以看出，雖然在擾動(dòng)觀察法下能夠?qū)崿F(xiàn)光伏發(fā)電的最大功率點(diǎn)跟蹤性能，用時(shí)約為0.035s，當(dāng)光照強(qiáng)度下降時(shí)，功率波動(dòng)比較大，功率波動(dòng)為-70kW，電壓為-800V，雖然經(jīng)過(guò)短時(shí)實(shí)現(xiàn)了功率平穩(wěn)過(guò)渡。相比圖1.4（a），基于電導(dǎo)增量法時(shí)，到達(dá)最大功率點(diǎn)的時(shí)間約為0.018s，在光照強(qiáng)度發(fā)生下降時(shí)，功率和電壓波動(dòng)都比較小。從而說(shuō)明電導(dǎo)增量法具有相對(duì)較好的控制效果，能夠滿足實(shí)際性能的需要。1.3光伏發(fā)電系統(tǒng)仿真建模為了驗(yàn)證本文所提控制策略的正確性和可行性，基于Matlab/Simulink仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)建模與仿真。另外，為了便于分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，充分說(shuō)明本文所提控制策略的優(yōu)越性，光照強(qiáng)度設(shè)置不同的參數(shù)，系統(tǒng)整體仿真模型如圖4-5所示。圖1.5系統(tǒng)整體仿真模型從圖4-5可以看出，該系統(tǒng)主要包括2個(gè)部分。第一部分，光伏發(fā)電系統(tǒng)模型，主要包括光伏電池和Boost電路，MPPT算法采用電導(dǎo)增量法，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤控制；第二部分，并網(wǎng)逆變器系統(tǒng)模型。該部分主要包括濾波電感和三相電源，其中控制算法采用前文介紹的電壓和電流雙閉環(huán)控制，電壓環(huán)PI控制器主要功能就是穩(wěn)定直流電壓，電流環(huán)PI控制器采用電流前饋控制的控制系統(tǒng)，最后輸出PWM信號(hào)，從而控制逆變器的開關(guān)管的開通和關(guān)斷。下面將介紹主要部分的仿真建模，并對(duì)其進(jìn)行實(shí)現(xiàn)原理和功能進(jìn)行詳細(xì)分析。圖4-6給出了并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的仿真模型。從圖中可以看出，該模塊的輸入為三相電壓Vabc，三相電流Iabc和直流電壓Vdc。其中，三相電壓Vabc經(jīng)過(guò)軟件鎖相環(huán)PLL可以得到坐標(biāo)變換公式所需要的信息，然后三相電流Iabc經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換矩陣變?yōu)閕d和iq。電環(huán)PI控制器功能是將直流母線電壓穩(wěn)定到700V，并輸出有功電流的參考值id。無(wú)功電流的參考值iq=0，目的是實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)運(yùn)行。最后電流環(huán)PI控制器的輸出值經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換轉(zhuǎn)化為靜止坐標(biāo)系下的電壓作為SPWM模塊的輸入，從而輸出逆變器所需要的PWM信號(hào)。圖1.6并網(wǎng)逆變器控制系統(tǒng)的仿真模型圖4-7給出了SPWM算法的仿真模型。其中，開關(guān)頻率設(shè)置為20kHz。圖1.7SPWM算法的仿真模型1.4光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析為了驗(yàn)證光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，忽略非線性負(fù)載的影響，溫度T=25°C，光照強(qiáng)度開始為S=1000W/m2，0.2s時(shí)突變?yōu)?00W/m2，其仿真結(jié)果如圖4-8至圖4-12所示。圖4-8給出了光伏電池在在光照強(qiáng)度變化時(shí)的仿真結(jié)果，當(dāng)T=25°C和光照強(qiáng)度S=1000W/m2時(shí)對(duì)應(yīng)的最大功率點(diǎn)為Pmc=50.72kW，最大功率點(diǎn)電壓為608.5V，最大功率點(diǎn)電流為81.7A，根據(jù)上文設(shè)置的發(fā)電參數(shù)，可以計(jì)算出最大功率功率理論值Pm=49.7kW，最大功率點(diǎn)電壓Vm=，最大功率點(diǎn)電流Im=A，仿真結(jié)果與理論計(jì)算值基本相等，說(shuō)明光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了最大功率點(diǎn)跟蹤控制。另外，當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，輸出功率也會(huì)隨著外界條件的變化而變化，從而說(shuō)明該控制系統(tǒng)具有較好的動(dòng)態(tài)性能。圖1.8光伏電池的輸出功率、電壓和電流的變化曲線圖4-9給出了直流側(cè)電壓Vdc的仿真結(jié)果，從圖中可以看出，啟動(dòng)階段直流側(cè)實(shí)際電壓能夠快速達(dá)到參考值700V，調(diào)節(jié)時(shí)間約為0.03s。當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，雖然電壓有短暫的上升過(guò)程，但總體調(diào)節(jié)時(shí)間很短，能夠快速響應(yīng)外界環(huán)境的變化。圖1.9直流側(cè)電壓的變化曲線圖4-10給出了三相電壓Vabc和三相電流Iabc的變化曲線，從圖可以看出三相電壓的幅值為311V，由于設(shè)置的線電壓的有效值為380V，此時(shí)相電壓的幅值為311V。隨著光照強(qiáng)度的減小，此時(shí)輸出功率逐步減小，三相電流的數(shù)值也會(huì)逐步減小，仿真結(jié)果與理論實(shí)際基本吻合。圖1.10三相電壓和三相電流的仿真結(jié)果圖1.11給出A相電流的FFT分析結(jié)果，從圖中可以看出，滿載運(yùn)行時(shí)A相電流的THD諧波含量約為0.87%，遠(yuǎn)小于國(guó)家并網(wǎng)要求的性能指標(biāo)5%，說(shuō)明該系統(tǒng)能夠滿足并網(wǎng)的要求和性能指標(biāo)。圖1.11A相電流的FFT分析結(jié)果圖4-12給出了光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器的A相電壓和A相電流的變