光伏并網(wǎng)系統(tǒng)建模分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1167光伏并網(wǎng)系統(tǒng)建模分析案例 [6]。光伏系統(tǒng)向電網(wǎng)輸送功率主要取決于逆變器與電網(wǎng)電壓的狀態(tài)。若相角超前電網(wǎng)，則發(fā)出有功功率；若電壓幅值大于電網(wǎng)側(cè)，則發(fā)出無功功率。光伏并網(wǎng)系統(tǒng)模型PSCAD為電力行業(yè)常用的電磁暫態(tài)仿真軟件，本研究即在PSCAD中搭建模型進(jìn)行仿真分析。模型的整體結(jié)構(gòu)如下圖2.3所示，光伏陣列輸出直流電，先經(jīng)過Boost升壓器，再由逆變器轉(zhuǎn)換為交流電，濾波后升壓接入電網(wǎng)。加入負(fù)載以保證光伏所發(fā)電量送往系統(tǒng)方向，以及采用雙回線路接入電網(wǎng)。升壓器與逆變器都有控制模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于光伏發(fā)電的各類控制策略。模型整體結(jié)構(gòu)下面介紹光伏并網(wǎng)系統(tǒng)模型整體結(jié)構(gòu)中的各個(gè)模塊。由于兩個(gè)控制模塊較為復(fù)雜，將在下一小節(jié)中介紹其原理及構(gòu)成。光伏陣列采用軟件中已有的模塊PVArray，輸入光照、輻射數(shù)值、光伏模塊的串并聯(lián)數(shù)目，輸出端模擬真實(shí)光伏陣列的輸出電流與電壓。在輸入光照、輻射端后，接入速率限制器（RateLimiter），以抑制光照、輻射波動(dòng)時(shí)光伏陣列發(fā)電量的波動(dòng)，保證實(shí)際中云朵飄過等快速變化時(shí)光伏發(fā)電的平穩(wěn)性。設(shè)置輸入溫度為28℃，輸入輻照強(qiáng)度為1200W/m光伏陣列P-U曲線光伏陣列I-U曲線Boost升壓器模塊內(nèi)部電路如圖2.6所示，為LC低通濾波電路加標(biāo)準(zhǔn)的boost升壓斬波器電路。低通濾波過濾前端直流電壓的波動(dòng)。輸出電壓大小由IGBT開關(guān)占空比決定，因此可以通過給予不同的開關(guān)控制信號(hào)，調(diào)節(jié)輸出直流電壓。升壓器控制模塊主要就是產(chǎn)生需要的開關(guān)控制信號(hào)，控制IGBT開斷。逆變器采用常用的三相逆變器，電路圖如圖2.7所示。每個(gè)橋臂的兩個(gè)IGBT交替導(dǎo)通，將直流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣餍盘?hào)。利用脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation,PWM）技術(shù)產(chǎn)生IGBT的開關(guān)控制信號(hào)，可以調(diào)節(jié)輸出的交流電壓大小。即逆變器控制模塊同樣是產(chǎn)生所需的開關(guān)控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的調(diào)節(jié)。直流升壓器電路逆變器電路經(jīng)逆變器變換后，經(jīng)過LCL濾波，才能輸出較穩(wěn)定的交流電壓、電流。LCL濾波電路圖如圖2.8所示，由逆變器側(cè)電感L1、電容、網(wǎng)側(cè)電感L濾波電路濾波之后經(jīng)過升壓變壓器，通過雙回線路接入電壓有效值為35kV的電網(wǎng)。采用雙回線路主要考慮實(shí)際中更多采用雙回線，以及后面研究故障情況時(shí)模擬其中一回線路故障、故障后切除的情形。故障前后系統(tǒng)狀態(tài)不同，而都能通過控制運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)，使得本文設(shè)計(jì)的控制策略更具有魯棒性。基本控制策略光伏發(fā)電設(shè)備的基本控制策略主要通過升壓器控制模塊、逆變器控制模塊這兩個(gè)控制模塊實(shí)現(xiàn)。升壓器控制模塊可以產(chǎn)生Boost升壓器的開關(guān)信號(hào)GBoost，進(jìn)而控制輸入端電壓Vpv或輸出端電壓V直流升壓器控制模塊控制框圖當(dāng)采用MPPT控制時(shí)，PI模塊前的選擇器會(huì)接入下回路。軟件自帶的最大功率追蹤模塊接入光伏陣列輸出的電壓Vpv、電流Ipv，內(nèi)部利用擾動(dòng)觀察、電導(dǎo)增量算法，計(jì)算得到此時(shí)的最大功率點(diǎn)電壓V_MPPT。與實(shí)際電壓Vpv鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生一定頻率的鋸齒波作為載波，調(diào)制波與載波共同輸入PWM信號(hào)發(fā)生器，進(jìn)行比較，產(chǎn)生最終的IGBT開關(guān)控制脈沖信號(hào)GBoost。除了最大功率追蹤模式，還可以選擇控制Boost輸出端直流電壓Vdc_bus。此種工作模式下，PI模塊前接入的是該電壓參考值Vdcref與實(shí)際值PI模塊為比例、積分調(diào)節(jié)，控制表達(dá)式為kp+1/sTi，其中kpBoost控制模塊內(nèi)部參數(shù)控制環(huán)節(jié)參數(shù)取值積分器T=0.01PI模塊KT逆變器控制模塊內(nèi)部控制框圖如圖2.10所示，大體分為三個(gè)部分。首先經(jīng)過鎖相環(huán)得到并網(wǎng)點(diǎn)電壓的相角，同時(shí)經(jīng)過派克變換將三相電壓、電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)坐標(biāo)系下的值，便于后續(xù)處理。之后經(jīng)過功率解耦雙環(huán)控制得到d、q軸電壓ud、u其中，功率解耦雙環(huán)控制外環(huán)可以選擇控制有功功率P或者直流電壓Vdc_bus，以及無功功率Q或者交流電壓Vac。外環(huán)不僅控制這些變量，同時(shí)給出內(nèi)環(huán)的參考值。內(nèi)環(huán)則是控制電流有功分量id內(nèi)環(huán)產(chǎn)生ud ud=kp uq=其中，ω為角頻率，L為逆變器輸出端的電感。逆變器控制模塊控制框圖6個(gè)PI模塊的控制參數(shù)如下表2.2所示：Inverter控制模塊內(nèi)部參數(shù)控制環(huán)節(jié)參數(shù)取值PI1KPI2KPI3KPI4KPI5KPI6K參數(shù)選擇主要考慮比例、積分環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)程度，選擇系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行下的合理取值。升壓器控制模塊、逆變器控制模塊合理設(shè)計(jì)之后，便實(shí)現(xiàn)了光伏并網(wǎng)發(fā)電設(shè)備的基本控制策略。穩(wěn)態(tài)運(yùn)行仿真前兩小節(jié)介紹了光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)以及各個(gè)模塊的模型，并且講述了基本控制策略的原理與實(shí)現(xiàn)方式。本小節(jié)基于前面搭建的模型，進(jìn)行仿真運(yùn)行。由前面介紹可知，Boost升壓器有兩種運(yùn)行模式，最大功率追蹤模式或輸出設(shè)定直流電壓模式，通過控制信號(hào)MPPT進(jìn)行選擇。觀測(cè)最大功率電壓點(diǎn)電壓V_MPPT、光伏陣列輸出電壓Vpv、輸出有功功率Ppv、升壓器輸出側(cè)直流電壓MPPT運(yùn)行模式下，仿真曲線圖如圖2.11所示?？梢钥吹絍pv升壓器處于MPPT運(yùn)行模式下的仿真圖升壓器處于控制Vdc運(yùn)行模式下的仿真圖在設(shè)定直流輸出電壓云頂模式下，設(shè)置Vdcref=0.8kV時(shí)的仿真圖如圖2.12所示。此時(shí)Vpv驗(yàn)證了升壓器兩種控制模式均能有效運(yùn)行后，再驗(yàn)證逆變器模塊的控制運(yùn)行效果。逆變器可以選擇控制有功功率P或者直流電壓Vdc_bus，以及無功功率Q或者交流電壓Vac，通過兩個(gè)選擇控制信號(hào)ctrl1以及ctrl2進(jìn)行選擇。觀測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)輸出有功功率P_VSC、并網(wǎng)點(diǎn)輸出無功功率Q_VSC、并網(wǎng)點(diǎn)交流電壓V_VSC、逆變器輸入側(cè)直流電壓當(dāng)逆變器處于控制兩側(cè)直流電壓、交流電壓狀態(tài)下，設(shè)定Vdcref=0.8kV，逆變器處于控制Vdc、Vac運(yùn)行模式下的仿真圖逆變器處于控制P、Q運(yùn)行模式下的仿真圖逆變器處于控制輸出有功功率、無功功率狀態(tài)下，設(shè)定Pref=0.1MW，經(jīng)過上面幾組仿真驗(yàn)證，可以看到系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并且設(shè)置的升壓器、逆變器的各個(gè)控制模式都能有效實(shí)現(xiàn)，光伏發(fā)電設(shè)備的基本控制策略基本實(shí)現(xiàn)。小結(jié)本章完成了光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)模型搭建。以最簡單的并網(wǎng)系統(tǒng)模型為研究對(duì)象，將光伏陣列通過Boost升壓器、逆變器變換，再接入電網(wǎng)。在PSCAD軟件中，搭建整體模型，驗(yàn)證了各個(gè)模塊的特性及作用。主要控制環(huán)節(jié)通過