電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)-微電網(wǎng)光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)特性研究

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　微電網(wǎng)光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)特性研究</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p

2、><p>　　AbstracrtII</p><p><b>　　緒論：1</b></p><p>　　1 光伏發(fā)電原理及控制3</p><p><b>　　1.1 引言3</b></p><p>　　1.2 光伏發(fā)電工作原理3</p><p>

3、　　1.3 光伏電池的數(shù)學(xué)模型4</p><p>　　1.4 光伏電池的仿真模型5</p><p>　　1.5 光伏電池動(dòng)態(tài)特性的仿真分析6</p><p>　　2 光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制模式8</p><p><b>　　2.1 引言8</b></p><p>　　2.2 MPPT仿

4、真模型的建立10</p><p>　　2.2.1 MPPT仿真模型10</p><p>　　2.2.2 DC-DC升壓斬波電路模型11</p><p>　　2.2.3 PWM脈沖寬度調(diào)制仿真模型12</p><p>　　2.3 仿真分析13</p><p>　　3 簡(jiǎn)單微網(wǎng)模型的建立與仿真17</p&

5、gt;<p><b>　　3.1 引言17</b></p><p>　　3.2 微電網(wǎng)模型的建立17</p><p>　　3.3 配電網(wǎng)模型的仿真18</p><p>　　3.4 蓄電池模塊的仿真19</p><p>　　3.5 微電網(wǎng)并網(wǎng)19</p><p>　　3.6

6、微電網(wǎng)由并網(wǎng)變?yōu)楣聧u時(shí)的仿真21</p><p><b>　　4 結(jié)論22</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p><b>　　致謝25</b></p><p><b>　　附錄26</b></p>

7、<p><b>　　Contents</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　Itroduoction：1</p><p>　　1. Photovoltaic generation principle and control3</p><p>　　1.1 Introduct

8、ion3</p><p>　　1.2 Photovoltaic generation peinciple3</p><p>　　1.3 Mathematical models of photovoltaic cells4</p><p>　　1.4 The simulation model of photovoltaic cells5</p>

9、<p>　　1.5 Simulation analysis of dynamic characteristics of photovoltaic cells6</p><p>　　2. Photovoltaic maximum power point tracking control model8</p><p>　　2.1 Introduction8</p>

10、<p>　　2.2 Building of MPPT simulation model10</p><p>　　2.2.1 MPPT simulation model10</p><p>　　2.2.2 DC-DC boost chopper circuit model11</p><p>　　2.2.3 PWM pulse width modul

11、ation simulation model12</p><p>　　2.3 Simulation analysis13</p><p>　　3. Modeling and Simulation of a simple micro-grid model17</p><p>　　3.1 Introduction17</p><p>　　

12、3.2 Building of a simple micro-grid model17</p><p>　　3.3 The simulation model of distribution network18</p><p>　　3.4 The simulation model of battery simulation module19</p><p>　　

13、3.5 Simulation of microgrid access distribution networks19</p><p>　　3.6 Simulation of microgrid-off time21</p><p>　　4. Conclusion22</p><p>　　References24</p><p>　　A

14、cknowledgement25</p><p>　　Appendix26</p><p>　　微電網(wǎng)光伏發(fā)電動(dòng)態(tài)特性研究</p><p>　　摘要：隨著科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)用電量越來(lái)越來(lái)大，能源利用越來(lái)越緊張，環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，分布式發(fā)電技術(shù)無(wú)疑是一種很有前景的發(fā)展方向，其本身具有污染少、能源利用效率高、安裝地點(diǎn)靈活等多方面的優(yōu)點(diǎn)，但如果大量接入分

15、布式電源又會(huì)引起許多不利的影響，于是便出現(xiàn)了微網(wǎng)技術(shù)，由于建立微網(wǎng)系統(tǒng)受限于其復(fù)雜性和條件的限制，所以只能是基于軟件來(lái)建立微網(wǎng)的模型進(jìn)行研究。微電網(wǎng)系統(tǒng)包括分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置和控制裝置。微電源的種類也有很多，比如光伏、風(fēng)能、燃料電池等，光伏電池具有無(wú)污染、可再生、且安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，一直是人們重點(diǎn)研究的對(duì)象，在未來(lái)很有可能成為替代能源。本文主要研究光伏電池模型的建立及以光伏為主要電源建立的一個(gè)微網(wǎng)并網(wǎng)的簡(jiǎn)單模型。主要內(nèi)容如下：&l

16、t;/p><p>　　首先根據(jù)光伏電池的發(fā)電特性和數(shù)學(xué)模型建立了一個(gè)通用的光伏電池模型，通過(guò)仿真研究了光伏電池的發(fā)電特性，采用了擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)了最大功率跟蹤控制，介紹了擾動(dòng)觀察法的工作原理和算法模型，接著建立了一個(gè)由光伏電池為主要電源的簡(jiǎn)單的微網(wǎng)，且分析了微網(wǎng)直接并網(wǎng)時(shí)對(duì)微電網(wǎng)頻率的影響，及并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)微網(wǎng)斷開對(duì)配電網(wǎng)電壓和頻率的影響，最后分析了并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)由于故障等原因微網(wǎng)突然斷開時(shí)在不加儲(chǔ)能系統(tǒng)和加上儲(chǔ)能系統(tǒng)的情

17、況下對(duì)微網(wǎng)電壓和頻率的影響。</p><p>　　關(guān)鍵詞：光伏電池 最大功率跟蹤 微電網(wǎng)</p><p>　　Photovoltaic Generation Dynamic Characteristics Research in Microgrid</p><p>　　Abstract With the development of science and t

18、echnology and modern industry, more and more to large industrial electricity consumption, energy use more and more intense, more serious environmental pollution, distributed generation technology is undoubtedly a promisi

19、ng direction of development, its itself has less pollution, high energy efficiency, flexible installation location and many other advantages, but if a lot of access to distributed power will cause many adverse effects, h

20、owever, to mi</p><p>　　First, a mathematical model based on the generation characteristics and photovoltaic cells to establish a common photovoltaic cell model simulation of the power generation characterist

21、ics by photovoltaic cells, using the perturbation and observation method to achieve maximum power tracking control, the working principle and perturbation observation algorithm models, followed by the establishment of a

22、photovoltaic cell as the main power source of simple micro network, and analyze the impact of mi</p><p>　　Keywords: photovoltaic cells; maximum power point tracking; micro-grid</p><p><b>　

23、　緒論：</b></p><p>　　現(xiàn)在世界范圍內(nèi)絕大多數(shù)國(guó)家仍是以石油、煤、天然氣為主要的能源，而且這些資源都是不可再生的，經(jīng)過(guò)一百多年的工業(yè)發(fā)展和能源的開采，如今這些不可再生能源正在面臨枯竭[1]，毫無(wú)疑問，在未來(lái)世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，對(duì)于能源的利用更是源源不斷，而且使用量只會(huì)越來(lái)越多，同時(shí)，大量化石能源的使用造成了極大的環(huán)境破壞，對(duì)于環(huán)境問題已經(jīng)成為了人們不可忽視的問題，如何保證經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的同時(shí)

24、保護(hù)好環(huán)境，是人類必須要考慮的問題。而這迫切的需要我們尋找替代能源，而且替代能源必須是清潔能源 ，所以近些年來(lái)人們積極開發(fā)對(duì)于風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮艿刃问降陌l(fā)電技術(shù)，由此分布式發(fā)電發(fā)技術(shù)得以快速的發(fā)展，而且毫無(wú)疑問，這是走上可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路[2]。在這些清潔型能源中，尤其是以太陽(yáng)能最為優(yōu)越，其具有可再生，無(wú)污染、而且分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被社會(huì)公認(rèn)為傳統(tǒng)能源的可替代品[3]。</p><p>　　現(xiàn)在大型電力系統(tǒng)

25、的電能生產(chǎn)、輸送和分配主要有集中發(fā)電、遠(yuǎn)距離輸電和大電網(wǎng)互聯(lián)三種形式，其也存在一些不利的因素，包括不能靈活的跟蹤負(fù)荷的變化，還有在大型互聯(lián)系統(tǒng)中，一旦發(fā)生局部事故，其極易擴(kuò)散影響整個(gè)系統(tǒng)的安全性。這兩方面也暴漏出來(lái)電網(wǎng)的脆弱性。對(duì)于分布式發(fā)電，其具有安裝靈活、污染少、利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但是如果大量接入電網(wǎng)又會(huì)引發(fā)新的一系列問題[4]，所以近些年來(lái)出現(xiàn)了微網(wǎng)的概念[5]，微網(wǎng)是由分布式電源、負(fù)荷、儲(chǔ)能裝置和控制裝置構(gòu)成的一個(gè)系統(tǒng)，其中分布式

26、電源是由帶電力電子裝置的小型發(fā)電系統(tǒng)，其包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)、光伏發(fā)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)等裝置。</p><p>　　對(duì)于微網(wǎng)的發(fā)展，可以簡(jiǎn)單介紹如下：現(xiàn)在很多國(guó)家特別是發(fā)達(dá)國(guó)家都在積極研究微電網(wǎng)的發(fā)展，然而，每個(gè)國(guó)家的國(guó)情不同，制定的目標(biāo)和研究方向也就不同。微電網(wǎng)最早的一個(gè)概念是由美國(guó)電氣可靠性技術(shù)解決方案協(xié)會(huì)提出的，至今也是眾多定義中比較權(quán)威的一個(gè)，微電網(wǎng)是由微型電源（小于等500kW）和負(fù)荷共同構(gòu)成與外部大電網(wǎng)相獨(dú)立

27、的單一的受控單元，它向用戶提供電能和熱量的同時(shí)滿足用戶對(duì)電能質(zhì)量和供電安全可靠等要求；微電源的能量轉(zhuǎn)換和控制是通過(guò)電力電子器件來(lái)完成的。美國(guó)CERTS的微電網(wǎng)能夠靈活智能控制并自治運(yùn)行的重要支撐是電力電子技術(shù)，建立在此技術(shù)基礎(chǔ)上CERTS微電網(wǎng)的顯著特性為：即插即用（plug and play）和對(duì)等（peer to peer）。即插即用意味著在主電網(wǎng)的任何點(diǎn)任何一個(gè)微電網(wǎng)可以在任何時(shí)候接入，而并不會(huì)對(duì)電網(wǎng)的控制和保護(hù)系統(tǒng)造成影響；對(duì)等

28、是指在微電網(wǎng)中所有的器件和設(shè)備都是完全平等的，任何一個(gè)負(fù)荷或微電源退出運(yùn)行都不會(huì)對(duì)微電網(wǎng)產(chǎn)生影響。這有利于 DG 以較高的比重接入微電網(wǎng)系統(tǒng)。</p><p>　　日本是電價(jià)比較高的國(guó)家，其大部分工業(yè)都是靠自己進(jìn)行發(fā)電，自給自足。所以日本研究的微電網(wǎng)包含了以傳統(tǒng)供電形式獨(dú)立運(yùn)行的電力系統(tǒng)。例如在日本三菱公司，微電網(wǎng)按照規(guī)模大小被分為三類：小規(guī)模，發(fā)電容量10MW左右，燃料為可再生能源，應(yīng)石油，應(yīng)用于工業(yè)園；大規(guī)模

29、，發(fā)電容量在 1000MW 左右，燃料為石油和煤，應(yīng)用于工業(yè)區(qū)。此外靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）裝置也被引入了配電網(wǎng)，通過(guò) FACTS控制器快速靈活的特性達(dá)到配電網(wǎng)的資源優(yōu)化的目的?，F(xiàn)在，日本已經(jīng)建立起來(lái)了多個(gè)微電網(wǎng)工程。</p><p>　　在歐州，從電力市場(chǎng)需求及電能安全供給等角度出發(fā)，在 2005 年歐洲提出了“聰明電網(wǎng)”計(jì)劃[6]，并在 2006 年推出了實(shí)施該計(jì)劃的具體技術(shù)方案[7]。作為歐洲 21世

30、紀(jì) 20 年代及以后的電力發(fā)展目標(biāo)，該計(jì)劃提出歐洲電網(wǎng)未來(lái)應(yīng)具備的特點(diǎn)：靈活性 、可接入性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　基于上述特點(diǎn)，歐洲采用先進(jìn)電力電子技術(shù)和智能技術(shù)等實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)集中供電與分布式發(fā)電的高效緊密結(jié)合達(dá)到充分利用可再生能源的目的，在社會(huì)各界的努力下，引導(dǎo)社會(huì)力量廣泛參與電力市場(chǎng)，使電網(wǎng)快速發(fā)展。歐洲未來(lái)電網(wǎng)提出充分利用微電網(wǎng)能量利用多元化和智能性等特點(diǎn)。歐盟微電網(wǎng)項(xiàng)目（European Co

31、mmission Project Micro-grids）給出的定義是：為微電源配備儲(chǔ)能設(shè)備，分為不可控、部分可控和全控三種，通過(guò)電力電子器件進(jìn)行能量管理，實(shí)現(xiàn)冷、熱、電三聯(lián)供，充分利用一次能源?，F(xiàn)在歐洲已并在實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)上驗(yàn)證了微電網(wǎng)的保護(hù)、運(yùn)行、控制、通信及安全等理論。集中于制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)、研究更加先進(jìn)的控制策略、建立示范工程等為其后續(xù)任務(wù)，積極準(zhǔn)備傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)的平穩(wěn)過(guò)渡以實(shí)現(xiàn)分布式電源的大規(guī)模接入。 </p>

32、<p>　　在文獻(xiàn)[8]中根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，給出了微電網(wǎng)的含義，其含義如下：發(fā)電系統(tǒng)類型按設(shè)備不同可分為風(fēng)力發(fā)電機(jī)(Wind Generator)、微型燃?xì)廨啓C(jī)(Micro-Turbine)、生物質(zhì)能(Biomass Energy)、內(nèi)燃機(jī)(Gas Engine)、太陽(yáng)能電池(PV Panel)、燃料電池(Fuel Cell)等；盡可能的利用可再生能源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展；系統(tǒng)容量為 20kW-10MW；根據(jù)微電網(wǎng)的具體應(yīng)用（

33、如與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行）的用戶配電電壓等級(jí)為 380V 或10.5kV。</p><p>　　微電網(wǎng)運(yùn)行有兩種方式：孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行。并網(wǎng)運(yùn)行是微網(wǎng)的主要運(yùn)行方式，微網(wǎng)可以中的負(fù)荷可以通過(guò)大電網(wǎng)或DG得到能源供應(yīng)，一但大電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，微電網(wǎng)能及時(shí)斷開與大電網(wǎng)之間的聯(lián)系，從并網(wǎng)運(yùn)行轉(zhuǎn)變?yōu)楣聧u運(yùn)行模式，進(jìn)行單獨(dú)運(yùn)行。 文獻(xiàn)[9,10]采用PseAn/EMTne或Matlab/Simulink軟件建立微網(wǎng)的動(dòng)態(tài)模

34、型,針對(duì)電磁暫態(tài)特性以及主動(dòng)和被動(dòng)隔離情況下的孤網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行可行性研究,結(jié)果表明DG和儲(chǔ)能元件可以確保微網(wǎng)運(yùn)行模式轉(zhuǎn)化的平滑性,減少孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的暫態(tài)影響,保證功角穩(wěn)定性和電壓質(zhì)量。</p><p>　　光伏發(fā)電是一種典型的分布式電源，在并網(wǎng)運(yùn)行與孤島運(yùn)行都具有很高的研究?jī)r(jià)值，其本身具有很大的優(yōu)越性。它本身具有可再生、分布范圍廣、無(wú)污染、安裝靈活等優(yōu)點(diǎn)，PV產(chǎn)業(yè)一直得到國(guó)家政策的大力支持，所以得到了大力的發(fā)展，同

35、時(shí)PV與儲(chǔ)能裝置配合，有利于微電網(wǎng)的穩(wěn)定性。光伏發(fā)電一直是研究的熱點(diǎn)，在文獻(xiàn)[11]中提出了并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)，其中光伏電源是由一個(gè)電池板和buck-boost PWM轉(zhuǎn)換器組成。用一種新的基于小光伏電池板模塊的MPPT算法來(lái)調(diào)節(jié)并行的光伏發(fā)電電池的電壓。針對(duì)光伏陣列的特點(diǎn)，文獻(xiàn)[12]提出了基于最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）的光伏陣列并網(wǎng)發(fā)電方案，采用電網(wǎng)電壓前饋和電流跟蹤技術(shù)。</p><p>　　本文首先

36、分析了光伏發(fā)電的原理和數(shù)學(xué)模型，從而建立了一個(gè)通用的光伏電池模型，然后分析了光伏電池的動(dòng)態(tài)發(fā)電特性，最后建立了一個(gè)微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行的簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，簡(jiǎn)單分析其并網(wǎng)和斷開對(duì)頻率造成的影響。</p><p>　　1.光伏發(fā)電原理及控制 </p><p><b>　　1.1引言</b></p><p>　　利用太陽(yáng)能發(fā)電方式有很多，其中做典型的是太陽(yáng)能發(fā)電和

37、太陽(yáng)能光伏發(fā)電，后者稱為光伏發(fā)電，與太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)相比，光伏電池具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、清潔無(wú)噪聲，可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)發(fā)展迅速，按照采用材料不同，可分為硅型光伏電池、有機(jī)半導(dǎo)體光伏電池等多種?，F(xiàn)在，硅型半導(dǎo)體光伏電池使用較為普遍，其又可分為單晶硅、多晶硅和非晶硅薄膜光伏電池等，其中，單晶硅和多晶硅光伏電池光電轉(zhuǎn)換效率高，非晶硅薄膜光伏電池雖然光電轉(zhuǎn)換效率低但由于具備其他一些優(yōu)點(diǎn)近年來(lái)使用日益廣泛。光伏發(fā)電是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電

38、，再通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。</p><p>　　1.2光伏發(fā)電工作原理</p><p>　　光伏電池是利用半導(dǎo)體 PN 結(jié)的光伏效應(yīng)制成的一種能將光照輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能的轉(zhuǎn)換器件。光伏電池是光電轉(zhuǎn)換的最小單元，其不能單獨(dú)作為發(fā)電單元使用，需要將光伏電池進(jìn)行串、并聯(lián)并封裝后組成太陽(yáng)能電池組件，光伏電池組件功率一般為幾十瓦至幾百瓦。由若干太陽(yáng)能電池組件串、并聯(lián)構(gòu)成光伏陣列，它的好壞

39、直接關(guān)系到整個(gè)光伏系統(tǒng)的性能和質(zhì)量，是太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)中的重要組成部分。</p><p>　　圖1.1 單個(gè)光伏電池模型</p><p>　　圖 1.1 為單個(gè)光伏電池的結(jié)構(gòu)圖，光伏效應(yīng)就是適當(dāng)波長(zhǎng)的光照射到半導(dǎo)體系統(tǒng)上，系統(tǒng)吸收光能后兩端產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，光伏電池正是利用這種效應(yīng)進(jìn)行光電能量轉(zhuǎn)換，將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為直流電能。例如，當(dāng)光線照射到由 P 型和 N 型半導(dǎo)體材料構(gòu)成的 PN 結(jié)上時(shí)，

40、光被半導(dǎo)體吸收后在導(dǎo)帶和價(jià)帶中產(chǎn)生電子和空穴，這些電子和空穴被 PN 結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)分離，然后分別匯集到光伏電池的兩極，從而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。由于光照產(chǎn)生的電子和空穴各向相反方向漂移，從而在內(nèi)部構(gòu)成自 N 區(qū)流向 P 區(qū)的光生電流，如果將 PN 結(jié)與外電路接通，只要光照不停止，就會(huì)不斷地有電流流過(guò)電路。用于這種光電轉(zhuǎn)換的最小單元即是單體光伏電池，單體光伏電池又稱為光伏電池片，是光伏電池最基本的單元。</p><p>　　

41、1.3光伏電池的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　由于光伏電池片容量較小，輸出峰值功率也只有 1W 左右、輸出電壓只有零點(diǎn)幾伏，不便于安裝使用，也不能滿足負(fù)載用電的需要，所以一般不直接使用。因此要將幾片、幾十片或幾百片單體太陽(yáng)能電池根據(jù)負(fù)載需要，經(jīng)過(guò)串、并聯(lián)連接起來(lái)構(gòu)成組合體，再將組合體通過(guò)一定的工藝流程封裝在透明的薄板盒子內(nèi)，引出正負(fù)極引線，方可獨(dú)立發(fā)電使用。封裝前的組合體稱之為光伏電池模塊組件（module）；而

42、封裝之后的薄板盒子稱之為光伏電池組合板（簡(jiǎn)稱光伏電池板）。工程上使用的光伏電池板是光伏電池使用的基本單元，其輸出電壓一般在十幾到幾十伏左右。此外，再將若干個(gè)光伏電池板根據(jù)負(fù)載容量大小要求，在串并聯(lián)組成較大功率的十幾個(gè)供電裝置，即是光伏陣列。</p><p><b>　?、俟夥姵?lt;/b></p><p>　　圖1.2 光伏電池等效電路</p><

43、p>　　圖1.2所示為光伏電池單元的等效電路模型，等效電路中并聯(lián)電阻為漏電阻,Rs為串聯(lián)電阻，由基爾霍夫電流定律得到光伏電池輸出電流 為</p><p><b>　　(1-1)</b></p><p>　　式中V、I為光伏電池輸出端端電壓，為光伏電池的短路電流，為二極管反向飽和電流，為二極管電流，為光電池等效串聯(lián)電阻，n為結(jié)常數(shù)，為光電池的熱電勢(shì)，且滿足。其中

44、為玻爾茲曼常數(shù)（），t為光電池絕對(duì)溫度，q為庫(kù)侖常數(shù)，為光伏電池并聯(lián)等效電阻。</p><p>　　上式為光伏電池的I-V關(guān)系表達(dá)式，在此表達(dá)式中，、、、四個(gè)參數(shù)的確定均與光伏電池的溫度、光照強(qiáng)度有關(guān)，要確定其值非常困難，而且一般與供應(yīng)商提供的參數(shù)是不相匹配的。由于這兩方面的原因，同時(shí)從工程角度考慮，需要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化分析，以建立適合工程分析的模型。一般認(rèn)為光照強(qiáng)度=1000,電池溫度T =25℃=298K為光伏陣

45、列的標(biāo)準(zhǔn)工作條件。建立的光伏電池的仿真模型是以標(biāo)準(zhǔn)工作條件下的光照強(qiáng)度和溫度作為參考值的。</p><p>　　建立工程模型時(shí)需要做兩點(diǎn)近似：一是并聯(lián)等效電阻一般很大，使式1-1的很小，可以忽略；二是串聯(lián)等效電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于二極管正向?qū)娮?，可以認(rèn)為=。同時(shí)考慮到兩點(diǎn)條件：一是模型開路時(shí)，=0，V=；二是在最大功率率點(diǎn)處,。</p><p>　　下面令,,代入整理可得</p>

46、<p><b>　　(1-2)</b></p><p>　　代入兩個(gè)條件，并考慮近似，可以解得：</p><p>　　所以只要知道這四個(gè)參數(shù)，、便為常數(shù)，代入式（1-2）便可求得I-V特性曲線，當(dāng)光照強(qiáng)度（S）或溫度變化（T）時(shí)，需要重新進(jìn)行計(jì)算，可按照下式進(jìn)行估算：</p><p>　　由此得到新的四個(gè)參數(shù)再進(jìn)行計(jì)算。 </p

47、><p>　　1.4光伏電池的仿真模型</p><p>　　由以上討論可知影響光伏電池的因素主要是光電池溫度T和光照強(qiáng)度S，結(jié)合以上數(shù)學(xué)表達(dá)式，運(yùn)用MATLAB/SIMULINK仿真建立光伏電池仿真模型，如圖1.3所示： </p><p>　　圖1.3 光伏電池仿真模型</p><p>　　由式可知以上模型由參數(shù)估算模塊及光伏的電壓電流方程模塊

48、組成，左端為估算模塊，得到四個(gè)參數(shù)值，右端則為對(duì)應(yīng)的I-U表達(dá)式模塊。將模塊進(jìn)行子系統(tǒng)封裝后可得到如圖1.4所示仿真模型及其對(duì)應(yīng)的參數(shù)設(shè)置模塊：</p><p>　　圖1.4 參數(shù)設(shè)置對(duì)話框及其封裝模塊</p><p>　　1.5 光伏電池動(dòng)態(tài)特性的仿真分析</p><p>　　由光伏電池的模型可以建立在不同光照條件下和不同電池溫度條件下U-I和U-P的關(guān)系曲線，

49、其中參考值取為如上圖1.4所示，a,b,c取典型值，對(duì)應(yīng)的MATLAB/SIMULINK仿真如圖1.5所示:</p><p>　　圖1.5 仿真模型圖</p><p>　　在仿真中運(yùn)行可以得到不同曲線特性，</p><p>　?。?）光伏電池在不同光照強(qiáng)度下的I-V、P-V波形圖 </p><p>　　光伏電池的溫度設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)情況下的溫度值

50、即T=25°C，I-V、P-V波形如圖1.6、1.7所示，由圖可得出以下結(jié)論：</p><p>　　i 電流隨著電壓的變化剛開始基本不變，電壓大于25V之后下降速度開始加快，呈現(xiàn)一個(gè)明顯的非線性。</p><p>　　ii 短路電流隨著光照強(qiáng)度的降低而減小，且呈現(xiàn)正比例關(guān)系。</p><p>　　iii 開路電壓隨著光照強(qiáng)度的降低而緩慢的減小，減小幅度不大

51、。</p><p>　　iv 輸出功率隨著電壓的增大先上升后減小，說(shuō)明在一定的光照強(qiáng)度和溫度下，一定存在一個(gè)最大功率點(diǎn)。</p><p>　　v 輸出功率整體變化趨勢(shì)是隨著光照強(qiáng)度的降低而減小,最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓、電流也</p><p>　　圖1.6 不同光照強(qiáng)度下I-V特性曲線</p><p>　　圖1.7 不同光照強(qiáng)度下P-V特性曲

52、線</p><p><b>　　相應(yīng)的減少。</b></p><p>　?。?）光伏電池在不同溫度下的I-V、P-V曲線</p><p>　　光伏電池的溫度設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)情況下的溫度值即T=25°C，I-V、P-V波形如圖1.8、1.9所示，由圖可得出以下結(jié)論：</p><p>　　i 電壓在一定范圍內(nèi)，溫度越高，

53、電流越大，超過(guò)這個(gè)范圍，溫度越高的，電流下降速度越快，整體表現(xiàn)為溫度低的電流反而高。</p><p>　　ii 短路電流隨著溫度的降低而略有減小，幅度不大，開路電壓隨著溫度的降低而升高。</p><p>　　iii 在電壓一定的范圍內(nèi)，輸出功率隨著溫度的降低變化并不明顯，最大功率點(diǎn)略有上升，其對(duì)應(yīng)的電壓增大，電流減小。</p><p>　　圖1.8 不同溫度下I-

54、V特性曲線</p><p>　　圖1.9 不同溫度下P-V特性曲線</p><p>　　2.光伏發(fā)電最大功率跟蹤控制模式</p><p><b>　　2.1引言 </b></p><p>　　在實(shí)際的光伏發(fā)電運(yùn)行特性中，由于光照強(qiáng)度和光伏電池的溫度是不斷變化的，使得光伏發(fā)電輸出的功率總在不斷的變化，但由上節(jié)討論可知，

55、在一定的光照強(qiáng)度和溫度下，輸出功率一定存在著一個(gè)最大值，如下圖所示：</p><p>　　圖2.1 一定光照強(qiáng)度和溫度下的P-V波形</p><p>　　所以為了保證在一定的光照強(qiáng)度和溫度下，光伏電池都有最大的功率輸出，必須進(jìn)行最大功率跟蹤（MPPT），最大功率跟蹤有很多種方式，包括定電壓跟蹤法、電流掃描法、電導(dǎo)增量法、開路電壓比例系數(shù)法、短路電流比例系數(shù)法、擾動(dòng)觀察法等，它們的原理和主

56、要特點(diǎn)如下。</p><p>　?、俣妷焊櫡ǎ–onstant Voltage Tracking） </p><p>　　定電壓跟蹤法是一種簡(jiǎn)略的MPPT控制方法，其忽略了溫度變化對(duì)光伏電池輸出電壓的影響，其輸出的是一個(gè)穩(wěn)定的電壓值，不能跟隨外界的變化做出相應(yīng)的改變，尤其是在氣候溫度差異比較大的地方，不能對(duì)所有的溫度都能做出最大功率追蹤，其追蹤性能太差?，F(xiàn)有的一共是兩種方法，一是光伏陣

57、列組合法，是根據(jù)不同的負(fù)荷來(lái)改變串并聯(lián)光伏模塊的個(gè)數(shù)，其跟蹤性能很差，二是實(shí)際測(cè)量法，其是用額外的一組光伏陣列來(lái)作為一定光照強(qiáng)度和溫度下光伏陣列的參考模型，其優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)光伏電池老化時(shí)，依舊可以保持準(zhǔn)確度，缺點(diǎn)則是大功率時(shí)需考慮多重最大值，對(duì)于小功率而言則成本較高。</p><p>　?、陔娏鲯呙璺ǎ–urrent Sweep） </p><p>　　電流掃描法通過(guò)掃描光伏陣列輸出電流的波形

58、來(lái)獲得光伏陣列的 I-U特性曲線，與此同時(shí)，光伏陣列可以通過(guò)其特性曲線來(lái)獲得在最大功率點(diǎn)的工作電壓[13]。通過(guò)將掃描電流選擇為與其倒數(shù)成比例的表達(dá)式來(lái)簡(jiǎn)化最大功率點(diǎn)的判斷式，則掃描電流可以表示為， </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中k 為常數(shù)。假設(shè) i (t)對(duì)時(shí)間的倒數(shù)不為零，在最大功率點(diǎn)可以推導(dǎo)得出下式，

59、 （2-2）</p><p>　　其中 τ = ? k，如果 A 選為最大的掃描電流，則掃描電流為一個(gè)時(shí)間常數(shù)τ，從到 0 遞減的指數(shù)函數(shù)，</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　如果采用模擬電路，可以很輕松地通過(guò)電容的放電來(lái)獲得掃描電流，也可以通DSP編程很容易的實(shí)現(xiàn)。電流掃描法最

60、大的缺點(diǎn)是速度慢。</p><p>　　③開路電壓比例系數(shù)法（Fractional Open-Circuit Voltage）</p><p>　　光伏陣列的外特性可知，當(dāng)光伏陣列的開路電壓在不同的光強(qiáng)和溫度下發(fā)生改變時(shí)，光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓也近似地隨之成比例變化。由此可以得出光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓和光伏陣列的開路電壓之間存在著近似的線性關(guān)系，</p><p>

61、;　?。?-4） </p><p>　　其中為比例常數(shù)且小于1。雖然這種方法原理簡(jiǎn)單但是對(duì)于不同的陣列有不同的取值?？梢酝ㄟ^(guò)將光伏陣列和負(fù)載斷開來(lái)測(cè)得，這樣即可以計(jì)算出最大功率點(diǎn)。采用開路電壓比例系數(shù)法不會(huì)產(chǎn)生在最大功率點(diǎn)附近的振蕩，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可以用廉價(jià)的模擬電路實(shí)現(xiàn)。但由于式 2-4 是一個(gè)近似的公式，所以光伏陣列并正的最大功率點(diǎn)上，同時(shí)由于測(cè)量OCV 是要將負(fù)載側(cè)斷開，所以存在瞬時(shí)的

62、功率損失。</p><p>　?、芏搪冯娏鞅壤禂?shù)法（Fractional Short-Circuit Voltage） </p><p>　　從光伏陣列的外特性還可以看出，當(dāng)光伏陣列的短路電流在不同的光強(qiáng)和溫度下發(fā)生改變時(shí)，光伏陣列的最大功率點(diǎn)電流也近似的隨之成比例變化。由此可以得出光伏陣列的最大功率點(diǎn)電壓和光伏陣列的短路電流 之間存在著近似的線性關(guān)系，</p><p

63、><b>　?。?-5）</b></p><p>　　其中為比例常數(shù)且小于 1，與兩個(gè)電流的單位一致即可。對(duì)于不同的光伏陣列有不同的取值。短路電流比例系數(shù)法存在和開路電壓比例系數(shù)法同樣的缺點(diǎn)，即由于式 （2-5） 是一個(gè)近似的公式，所以光伏陣列并不是工作在真正的最大功率點(diǎn)上，此外由于測(cè)量要比測(cè)量 復(fù)雜。</p><p>　　⑤電導(dǎo)增量法（Incremental

64、Conductance）</p><p>　　它通過(guò)比較光伏陣列的瞬時(shí)電導(dǎo)和電導(dǎo)的變化量來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤[14]，下面介紹電導(dǎo)增量法的原理.光伏陣列的 P-V 曲線是一條單峰值曲線，在最大功率點(diǎn)必定有dP/dV＝0；當(dāng)dP/dV＞0 時(shí)，V 小于最大功率點(diǎn)電壓；dP/dV＜0 時(shí)，V大于最大功率點(diǎn)壓。對(duì) 兩邊求導(dǎo)得： ,由此式可知，當(dāng)V時(shí)，; 當(dāng)V時(shí)，;當(dāng)V時(shí)，。</p><p>

65、　　綜上所知，可以根據(jù)和的關(guān)系來(lái)尋找最大功率點(diǎn)。</p><p><b>　?、迶_動(dòng)觀察法</b></p><p>　　擾動(dòng)觀察法是目前比較常用的方法，也稱為登山法[15]。其基本工作原理如下：周期性的給光伏陣列的輸出電壓加擾動(dòng)，比較其輸出功率與前一周期的輸出功率的大小，如果功率增加則在下一個(gè)周期以相同方向加擾動(dòng)，否則改變擾動(dòng)的方向。擾動(dòng)觀察法是一種真正的最大功率點(diǎn)跟

66、蹤，具有容易實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，被測(cè)參數(shù)少的優(yōu)點(diǎn)。它的缺點(diǎn)包括：首先，引入擾動(dòng)的最后結(jié)果是系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)附近的很小范圍內(nèi)來(lái)回振蕩；其次，步長(zhǎng)的大小將決定最大功率點(diǎn)的跟蹤速度，步長(zhǎng)較小時(shí)，光伏陣列很可能長(zhǎng)時(shí)間工作于低功率輸出區(qū)，當(dāng)步長(zhǎng)較大時(shí)最大功率點(diǎn)附近的波動(dòng)又會(huì)加大；另外，當(dāng)外部環(huán)境發(fā)生較快變化時(shí)，擾動(dòng)觀察法則會(huì)損失較大的功率，并且很有可能發(fā)生誤判。</p><p>　　在以上幾種方法中，現(xiàn)在應(yīng)用比較多的是電導(dǎo)增量

67、法和擾動(dòng)觀察法，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都能比較精確的實(shí)現(xiàn)最大功率控制，對(duì)于電導(dǎo)增量法，其實(shí)現(xiàn)算法比較復(fù)雜，但是其對(duì)于硬件的要求相對(duì)較高，對(duì)于傳感器的精度要求比較高，而擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)算法比較簡(jiǎn)單，對(duì)于傳感器的要求精度不高，電導(dǎo)增量法相比較于擾動(dòng)觀察法的優(yōu)點(diǎn)則在于其輸出電壓比較平穩(wěn)，并且是以平穩(wěn)的方式跟蹤光照強(qiáng)度和溫度的變化，兩者共同存在的缺點(diǎn)是步長(zhǎng)的選擇方面都無(wú)法兼顧精度和速度。本文采用擾動(dòng)觀察法結(jié)合升壓升波電路實(shí)現(xiàn)最大功率控制。</p

68、><p>　　2.2 MPPT仿真模型的建立</p><p>　　2.2.1MPPT仿真模型</p><p>　　本文采用擾動(dòng)觀察法建立MPPT的仿真模型，根據(jù)擾動(dòng)觀察法的原理所確立的邏輯框圖如圖2.2所示，由此算法流程圖，結(jié)合MATLAB/SIMULINK仿真，可以建出如圖2.3所示的MPPT仿真模型及其封裝模塊。</p><p>　　在圖2.

69、3中，由sign函數(shù)來(lái)判斷與乘積的正負(fù)，為正則輸出1，為負(fù)則輸出-1，其中上一次采集到的數(shù)據(jù)由記憶元件進(jìn)行保存，與下次采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，零階保持器可以使采集到的數(shù)據(jù)保持到下一個(gè)周期，這樣，在一個(gè)周期內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化。同時(shí)要注意三個(gè)零序保持器的采樣周期與MPPT控制的采樣周期相同，取值可在0.001-0.0001之間，本模型的取值為0.0001s,使模型更加精確，輸出則為參考電壓信號(hào)Vref，此參考電壓信號(hào)是作為調(diào)節(jié)和控制控

70、制升壓斬波電路的占空比從而調(diào)節(jié)升壓斬波電路的輸入阻抗,升壓斬波電路將在下一節(jié)進(jìn)行介紹。</p><p>　　圖2.2 擾動(dòng)觀察法流程圖</p><p>　　圖2.3 MPPT仿真模型及其封裝模塊</p><p>　　2.2.2 DC-DC升壓斬波電路模型</p><p>　　通過(guò)改變升壓斬波電路的開關(guān)功率控制信號(hào)（PWM）的占空比，可以調(diào)

71、整和控制光伏電池工作在最大功率點(diǎn)，其還可以提高光伏電池的輸出電壓，升壓斬波電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖所示，</p><p>　　根據(jù)升壓斬波電路的工作原理，可得：</p><p><b>　　,</b></p><p>　　圖2.4升壓斬波電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)</p><p>　　由表達(dá)式可知，輸入電阻與占空比D有關(guān)，占空比越大，輸入

72、電阻越小，占空比越小，輸入電阻越大，通過(guò)調(diào)節(jié)占空比，可以改變輸入電阻，根據(jù)最大功率輸出原理，當(dāng)輸入電阻的大小與光伏電池的等效電阻相等時(shí)，輸出功率為最大，由此即可實(shí)現(xiàn)最大功率的輸出。</p><p>　　由以上模型，結(jié)合MATLAB/SIMULINK仿真，可畫出其對(duì)應(yīng)的仿真模型，如下圖所示：</p><p>　　圖2.5 升壓斬波電路仿真模型</p><p>　　在

73、以上升壓斬波電路仿真模型中，其中有三個(gè)參數(shù)需要根據(jù)文獻(xiàn)[16]進(jìn)行設(shè)置，它們分別為：直流濾波電容、升壓電感L1、直流母線支撐電容C。</p><p>　　2.2.3PWM脈沖寬度調(diào)制仿真模型</p><p>　　如圖2.6所示是由MATLAB/SIMULIK建立的PWM脈寬調(diào)制仿真模型及封裝模塊。</p><p>　　圖2.6 PWM仿真模型及封裝模塊</p

74、><p>　　其基本原理是根據(jù)參考信號(hào)電壓Vref與三角載波信號(hào)比較產(chǎn)生脈沖寬度調(diào)制信號(hào)來(lái)控制升壓斬波電路控制開關(guān)的通斷。注意零階保持器的采樣周期要與MPPT仿真模塊的采樣中期保持一致，可取0.001到0.0001之間，PWM信號(hào)的頻率是由三角載波頻率決定。</p><p><b>　　2.3 仿真分析</b></p><p>　　由上面的所建模型

75、組裝起來(lái)可得到如圖2.7所示的帶有MPPT控制的光伏電池的仿真模型，</p><p>　　圖2.7 帶有MPPT 的光伏電池仿真模型</p><p><b>　　下面開始進(jìn)行分析:</b></p><p>　　i 在標(biāo)準(zhǔn)情況下的仿真分析</p><p>　　在標(biāo)準(zhǔn)情況下，光照強(qiáng)度取S=1000,溫度取為T=25

76、6;C。在標(biāo)況下的光伏電池輸出電流、輸出電壓、輸出功率及升壓占波電路輸出電壓波形如圖（a）、（b）、（c）、（d）所示。</p><p>　　分析四個(gè)波形可知，光伏電池輸出電壓和輸出電流在大約經(jīng)過(guò)0.07s之后達(dá)到了穩(wěn)定，雖有波動(dòng)，但波動(dòng)幅度并不大，此時(shí)光伏電池輸出功率達(dá)到了最大值，波動(dòng)幅度不大，對(duì)于升壓斬波電路的輸出電壓，可以發(fā)現(xiàn)其除了調(diào)節(jié)和控制最大功率輸出的作用外，還提高了輸出電壓。</p>&

77、lt;p>　　（a） 光伏電池輸出電流</p><p>　?。╞） 光伏電池輸出電壓</p><p>　?。╟） 光伏電池輸出功率</p><p>　?。╠） 升壓斬波電路輸出電壓</p><p>　　ii 光伏電池溫度變化時(shí)的仿真分析</p><p>　　使用信號(hào)構(gòu)建器模塊模擬輸入溫度的變化，0-0.2

78、s輸出值為20 ，0.2-0.4s時(shí)輸出值為40,0.4-0.6s時(shí)輸出值為30 ，20、40、30代表溫度的變化值，光照強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)值1000w/,波形變化如圖（a）、（b）、（c）、（d）所示。</p><p>　　分析四個(gè)波形可以知道,當(dāng)溫度增加為40度時(shí)，光伏電池輸出最大電流增大，輸出最大電壓減小，輸出最大功率減小，溫度減小到30度時(shí)，光伏電池輸出最大電流減小，最大電壓增大，最大功率略有增加，升壓斬波電路輸

79、出電壓基本不變。從四個(gè)波形中還可以看</p><p>　?。╝） 光伏電池輸出電流</p><p>　?。╞） 光伏電池輸出電壓</p><p>　?。╟） 光伏電池輸出功率</p><p>　　（d） 升壓斬波電路輸出電壓</p><p>　　出，光伏電池隨溫度變化達(dá)到另一個(gè)最大功率點(diǎn)所需時(shí)間很短，能很快達(dá)到

80、最大功率點(diǎn)。</p><p>　　iii 光伏電池光照強(qiáng)度變化時(shí)</p><p>　　信號(hào)構(gòu)建器模塊模擬輸入光照強(qiáng)度的變化，設(shè)定變化范圍為從0-0.2s輸出值為1000。從0.2-0.4s輸出值為600,0.4-0.6s輸出值為800，其分別代表光照強(qiáng)度的變化值，電池溫度為標(biāo)況值T=25°C，仿真模型波形變化如圖（a）、（b）、（c）、（d）所示。</p><

81、p>　　分析四個(gè)波形可以看出：當(dāng)光照強(qiáng)度降低時(shí)，光伏電池輸出最大電流減小，最大電壓減小，最大功率減小，升壓斬波電路輸出電壓也減小，但當(dāng)光照強(qiáng)度增加時(shí)，光伏電池輸出電流增大，輸出電壓增大，輸出功率增大，升壓斬波電路輸出電壓也增大，總體而言，</p><p>　?。╝） 光伏電池輸出電流</p><p>　?。╞） 光伏電池輸出電壓</p><p>　　（c）

82、 光伏電池輸出功率</p><p>　?。╠） 升壓斬波電路輸出電壓</p><p>　　當(dāng)光照強(qiáng)度變化時(shí)，輸出功率能在較短時(shí)間內(nèi)調(diào)整到最大功率輸出，調(diào)整時(shí)間大約是0.015s。</p><p>　　3 簡(jiǎn)單微網(wǎng)模型的建立與仿真</p><p><b>　　3.1 引言</b></p><p>

83、;　　以上已經(jīng)建立起光伏電池的發(fā)電模型、最大功率跟蹤控制的仿真模型，下面面建立一個(gè)只有光伏電源組成的微電網(wǎng)模塊、簡(jiǎn)單的大電網(wǎng)模塊和蓄電池模塊，將這三個(gè)模塊拼接在一起，研究微網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)對(duì)本身頻率及配電網(wǎng)頻率的影響及微網(wǎng)斷開時(shí)，在微網(wǎng)系統(tǒng)中不加儲(chǔ)能系統(tǒng)（即蓄電池模塊）和加儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況下對(duì)微電網(wǎng)頻率的影響，在研究這些現(xiàn)象的過(guò)程中，均忽略了對(duì)逆變器的控制部分，由于該微電網(wǎng)的容量非常小，所以影響并不大，通過(guò)仿真可以進(jìn)行驗(yàn)證。</p>

84、<p>　　3.2 微電網(wǎng)模型的建立</p><p>　　首先在帶有MPPT的光伏電池模型的升壓斬波電路的輸出端加一個(gè)受控電壓源模塊，在一定的光照強(qiáng)度和溫度下輸出一個(gè)穩(wěn)定的電壓值，同時(shí)為建立微電網(wǎng)的一個(gè)簡(jiǎn)單模型，還需要建立逆變器模型，對(duì)于逆變器模型，由于水平有限，暫時(shí)忽略了與微網(wǎng)并網(wǎng)或者斷開時(shí)需加的控制部分的影響，只是簡(jiǎn)單加了一個(gè)PWM正弦波脈沖寬度控制，控制逆變器輸出50Hz的正弦波，同時(shí)，由于逆變

85、器是采用電力電子裝置器件構(gòu)成的，所以不可避免的逆變器輸出電壓存在很大的諧波，需要加濾波電容器進(jìn)行濾波，這里采用的濾波電容器的容量為100F，通過(guò)仿真，發(fā)現(xiàn)濾波效果很好。</p><p>　　該微電網(wǎng)一共有兩級(jí)變壓器，第一級(jí)將微電網(wǎng)電壓升到380伏，達(dá)到用電負(fù)荷所需要的電壓等級(jí)，之后又并接了一個(gè)三相并聯(lián)RLC負(fù)荷，設(shè)定負(fù)荷的有功功率為4000W，無(wú)功功率為 500var，負(fù)荷與變壓器之間的線路設(shè)定長(zhǎng)度為1000米，

86、采用的線路類型為串聯(lián)RLC支路。對(duì)于光伏電池，調(diào)整其參數(shù)，使短路電流=14.66A，開路電壓=354V,光照強(qiáng)度和溫度采用標(biāo)況值Ｓ=1000w/,T=25°C，最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)電流=13.88A,電壓=288V,a、b依舊取典型值，經(jīng)過(guò)參數(shù)調(diào)整之后，使光伏電池的輸出功率達(dá)到了4000w,與負(fù)載基本匹配。由于所建微電網(wǎng)模型太大 ，現(xiàn)將帶有MPPT的光伏電池模型進(jìn)行封裝，如圖3.1、3.2所示為帶有MPPT的光伏電池模型、封裝之后的

87、模型及微電網(wǎng)的模型。</p><p>　　圖3.1 光伏電池及其封裝模型</p><p>　　圖3.2 微電網(wǎng)仿真模型</p><p>　　3.3 配電網(wǎng)模型的仿真</p><p>　　本文配電網(wǎng)模型的仿真比較簡(jiǎn)單，其模型如圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 配電網(wǎng)模塊</p><p

88、>　　在以上模型中的電源電壓為10千伏,視在功率為1萬(wàn)伏安，其作為一個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)，同時(shí)配電網(wǎng)并聯(lián)了一個(gè)并聯(lián)RLC負(fù)載，模型的左端串接了一個(gè)電壓測(cè)量模塊、變壓器模塊及斷路器模塊，這是與微電網(wǎng)相連接的那一部分。</p><p>　　3.4 蓄電池模塊的仿真</p><p>　　蓄電池的模塊如下圖所示：</p><p>　　圖3.4 蓄電池模塊</p>

89、<p>　　如圖所示，是將一個(gè)蓄電池模塊逆變?yōu)?0HZ的交流電，經(jīng)過(guò)升壓變壓器升高到380伏電壓，變化器還有一個(gè)作用，起到濾波的作用，電壓升高之后經(jīng)過(guò)斷路路器接到微電網(wǎng)上去。對(duì)于蓄電池電源，采用200Ah的容量，且處于滿負(fù)荷狀態(tài)</p><p><b>　　3.5 微電網(wǎng)并網(wǎng)</b></p><p>　　將上面三個(gè)模型組裝起來(lái)，便構(gòu)成一個(gè)帶有儲(chǔ)能系統(tǒng)的微電

90、網(wǎng)并網(wǎng)系統(tǒng)，如下圖所示：</p><p>　　圖3.5 微電網(wǎng)并網(wǎng)模塊</p><p>　　在此模型中，光伏電池采用標(biāo)況下的值，T=25°，光照強(qiáng)度S=，此時(shí)不考慮蓄電池的作用，將蓄電池側(cè)的斷路器斷開，主要考慮一下兩種簡(jiǎn)單情況：</p><p>　　i 微電網(wǎng)直接并網(wǎng)對(duì)微電網(wǎng)頻率的影響</p><p>　　首先考慮當(dāng)微電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行

91、時(shí)其頻率變化的情況，然后再比較將微電源直接并網(wǎng)時(shí)頻率變化的影響，設(shè)定微網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)間是0.4S，微電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行的頻率變化波形仿如圖3.6所示。</p><p>　　對(duì)于微電網(wǎng)直接并網(wǎng)的仿真，先將配電網(wǎng)側(cè)的斷路器斷開，在0.01s時(shí)將配電網(wǎng)側(cè)的</p><p>　　圖3.6 微網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)頻率變化</p><p>　　圖3.7 微網(wǎng)直接并網(wǎng)時(shí)頻率變化</p&g

92、t;<p>　　斷路器閉合，運(yùn)行0.4s，觀察微電網(wǎng)側(cè)的頻率變化特性，頻率變化特性如圖3.7所示。</p><p>　　從兩個(gè)圖中可以看出，當(dāng)微電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，頻率大約經(jīng)過(guò)0.28s達(dá)到穩(wěn)定，其變化的最大幅度0.18Hz,為當(dāng)微電網(wǎng)直接并網(wǎng)時(shí)，大約經(jīng)過(guò)0.16左右的時(shí)間頻率達(dá)到穩(wěn)定，最大變動(dòng)幅度在0.17Hz,變化幅度基本不變，現(xiàn)在在大電網(wǎng)的帶動(dòng)下，能在比較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到頻率穩(wěn)定。</p>

93、;<p>　　ii 微電網(wǎng)接入穩(wěn)定運(yùn)行的配電網(wǎng)對(duì)配電網(wǎng)頻率電壓的影響</p><p>　　微電網(wǎng)與配電網(wǎng)各自穩(wěn)定運(yùn)行0.2s，當(dāng)?shù)搅?.2s時(shí)，使配電網(wǎng)測(cè)得斷路器閉合，觀察配電網(wǎng)側(cè)頻率和電壓的變化，其變化圖像如圖3.8所示。</p><p>　　由這兩個(gè)仿真圖像可以看出，首先配電網(wǎng)經(jīng)過(guò)0.05s左右的時(shí)間達(dá)到穩(wěn)定，到了0.2s時(shí)微電網(wǎng)并網(wǎng)，配電側(cè)只需經(jīng)過(guò)0.05s左右的時(shí)間即

94、可恢復(fù)到50Hz，振蕩時(shí)間非常短。從 </p><p>　　圖3.8 配電網(wǎng)頻率和電壓變化曲線</p><p>　　圖中也可看出對(duì)于配電網(wǎng)的電壓基本沒有影響。分析其原因，是由于配電網(wǎng)側(cè)容量比較大，微電網(wǎng)并到配電網(wǎng)不會(huì)對(duì)其造成很大的影響，自我調(diào)節(jié)速度比較快。</p><p>　　3.6微電網(wǎng)由并網(wǎng)變?yōu)楣聧u時(shí)的仿真</p><p>　　微電網(wǎng)并

95、網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間后，將微電網(wǎng)與配電網(wǎng)斷開，然后觀察在兩種情況下對(duì)微電網(wǎng)頻率變化的影響，兩種情況分別為在不加儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況下、微電網(wǎng)斷開時(shí)加上儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況，對(duì)于光伏電池，采用標(biāo)況下溫度T=25°，S=1000w/.</p><p>　　i 不加儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況下與配電網(wǎng)斷開</p><p>　　微電網(wǎng)首先并網(wǎng)運(yùn)行并網(wǎng)0.4s，0.4s之后配電網(wǎng)側(cè)的斷路器斷開，再運(yùn)行0.4s，蓄電池側(cè)

96、的斷路器始終是斷開的，觀察微電網(wǎng)側(cè)的頻率變化影響，其頻率變化圖形如圖3.9所示： </p><p>　　圖3.9 不加儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)微電網(wǎng)頻率變化曲線</p><p>　　分析以上圖形可以可以看出，微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)經(jīng)過(guò)不到0.2s達(dá)到了穩(wěn)定，在0.4s時(shí)微電網(wǎng)斷開，此時(shí)不加儲(chǔ)能系統(tǒng)，可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)0.2s的振蕩逐漸達(dá)到了穩(wěn)定，最大振蕩幅度達(dá)到了0.23Hz。</p&g

97、t;<p>　　ii 微電網(wǎng)斷開時(shí)立刻加上儲(chǔ)能系統(tǒng)</p><p>　　當(dāng)微電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行到0.4s時(shí)蓄電池側(cè)的斷路器立即閉合，觀察此時(shí)微電網(wǎng)側(cè)的頻率的變化波形，其頻率變化圖形如圖3.10所示。</p><p>　　由仿真圖像可以看出，在微網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行到0.4s時(shí)，微網(wǎng)斷開，儲(chǔ)能系統(tǒng)立刻閉合，此時(shí)頻率出現(xiàn)了上升，大約經(jīng)過(guò)0.12s頻率達(dá)到了穩(wěn)定，頻率最大振蕩幅度為0.17Hz，這

98、兩者都比不加儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)要小。</p><p>　　圖3.10 加儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)微電網(wǎng)頻率變化曲線</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　分布式電源以微電網(wǎng)的方式接入配電網(wǎng)一直是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)，尤其是以光伏電池為主的分布式電源，光伏發(fā)電以其特有的優(yōu)越性必將會(huì)成為未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，本文通過(guò)分析光伏電池的原理，建立了其數(shù)學(xué)模型

99、，并從工程方面考慮對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，最終建立了光伏電池的仿真模型，并通過(guò)仿真模型研究了光伏電池的動(dòng)態(tài)特性，仿真分別研究了光伏電池在不同光照強(qiáng)度下和在不同溫度條件下的I-V和P-V變化曲線特性，首先在一定的光照強(qiáng)度和溫度條件下，I-V變化曲線呈現(xiàn)一個(gè)非線性關(guān)系，開始時(shí)電流隨電壓變化不大，基本為一個(gè)恒定的電流源，超過(guò)一定的范圍，電流隨著電壓微小的變化而下降的比較快，又呈現(xiàn)出了一個(gè)恒壓源的特性，P-V變化曲線是隨著電壓的在升高輸出功率先增

100、大后減小，這說(shuō)明在每一個(gè)確定的光照強(qiáng)度和溫度下，光伏電池都對(duì)應(yīng)有一個(gè)最大功率值。不同光照強(qiáng)度下的仿真分析中發(fā)現(xiàn)光照強(qiáng)度越高，光伏電池的輸出電流越高，且基本呈一個(gè)正比例關(guān)系，輸出功率也越大，在不同的溫度條件下，短路電流隨著溫度的升高而略有升高，而開路電壓隨著溫度的升高而減小，最大功率點(diǎn)略有下降，但下降并不明顯，可見并不是溫度越高越好。仿真同時(shí)也驗(yàn)證了模型的正確性，然后分析介紹</p><p>　　對(duì)于建立起的帶有最

101、大功功率跟蹤控制的光伏電池仿真模型，對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，分別分析了光伏電池在標(biāo)況下即光照強(qiáng)度和溫度都一定的情況下、光伏電池溫度變化的情況下、光照強(qiáng)度變化的情況下，光伏電池輸出電流、電壓、功率及升壓斬波電路的波形變化情況，發(fā)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)情況下光伏電池在很短的時(shí)間內(nèi)便達(dá)到了最大功率輸出，且輸出功率比較穩(wěn)定，此也驗(yàn)證了模型的正確性，當(dāng)光伏電池溫度變化時(shí)，光伏電池輸出最大功率也在變化 ，但其找到最大功率的時(shí)間很快，能在較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到新的最大功率點(diǎn)，

102、溫度升高，光伏電池輸出最大功率會(huì)減小，這是由于輸出最大電流減小的緣故，當(dāng)光強(qiáng)度變化時(shí)，光伏電池經(jīng)過(guò)較短的時(shí)間便能達(dá)到一個(gè)新的最大功率點(diǎn)，當(dāng)光照強(qiáng)度降低時(shí)，輸出最大功率也會(huì)減小，光照強(qiáng)度升高時(shí)，輸出的最大功率也會(huì)變大，這是由于輸出最大電流和最大電壓都變大的緣故。從圖中也可以看出升壓斬波電路的輸出電壓比光伏輸出電壓高，說(shuō)明其還可以提高輸出電壓的作用。</p><p>　　最后本文建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的微電網(wǎng)仿真模型，首先仿

103、真了當(dāng)微電網(wǎng)直接并網(wǎng)時(shí)對(duì)為微電網(wǎng) 頻率造成的影響，發(fā)現(xiàn)如果微電網(wǎng)單獨(dú)運(yùn)行時(shí)頻率達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間比直接接入微電網(wǎng)時(shí)需要時(shí)間長(zhǎng)，且變化幅度也略大一點(diǎn)，直接接入大電網(wǎng)有利于微網(wǎng)頻率的快速穩(wěn)定；接著仿真了當(dāng)微網(wǎng)并網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)將微網(wǎng)斷開時(shí)對(duì)配電網(wǎng)頻率變化的影響，發(fā)現(xiàn)對(duì)于配電網(wǎng)的頻率會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)，但波動(dòng)幅度非常小，且很快就達(dá)到穩(wěn)定，對(duì)于配電網(wǎng)的電壓幾乎沒有影響，總體來(lái)說(shuō)，微網(wǎng)斷開對(duì)配電網(wǎng)的頻率和電壓造成的影響可以忽略不計(jì)。最后仿真了微網(wǎng)由并網(wǎng)轉(zhuǎn)為

104、孤島時(shí)在不加儲(chǔ)能系統(tǒng)和加上儲(chǔ)能系統(tǒng)的情況下對(duì)微電網(wǎng)頻率造成的影響，發(fā)現(xiàn)在微網(wǎng)斷開那一刻加上儲(chǔ)能系統(tǒng)之后可以明顯減小振蕩幅度，并且可以在較短的時(shí)間內(nèi)頻率達(dá)到穩(wěn)定，說(shuō)明加上儲(chǔ)能系統(tǒng)對(duì)微網(wǎng)斷開時(shí)頻率變化可以起到一個(gè)緩沖作用。</p><p>　　本文建立的仿真模型，也存在一定的缺陷，首先采用擾動(dòng)觀察法建立的最大功率跟蹤控制輸出電壓的波形會(huì)有振蕩幅度不大的波動(dòng)，還有在步長(zhǎng)的選擇上要注意，既不能過(guò)大，也不能過(guò)小，過(guò)大會(huì)使電

105、壓波動(dòng)較大，過(guò)小會(huì)使其檢測(cè)變慢，響應(yīng)變慢。其次，在建立的微電網(wǎng)模型中忽略了在微電網(wǎng)并網(wǎng)或斷開時(shí)應(yīng)該加的起很大輔助調(diào)節(jié)作用的控制部分，本文僅僅是考慮依靠電網(wǎng)本身或儲(chǔ)能系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)作用來(lái)分析，最后，本文建立的微電網(wǎng)模型比較簡(jiǎn)單，只考慮光伏電池的一種分布式電源，多種分布式電源聯(lián)合運(yùn)行方式并沒有考慮。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]

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