Modeling of PV System and Analysis of Its Key Technologies

本文运用Matlab建立了单相光伏发电并网不可调度系统的软件模型,包括光伏电池部分、直流升压器、PWM逆变器,并分析和建立了最大功率点跟踪（MPPT）模块和锁相环（PLL）模块。最大功率点跟踪方案采用了变步长的扰动观察法,有效缓解了固定步长的扰动观察法中快速和损耗之间的矛盾。锁相环模块采用软件锁相,采集电网电压和电流的相位信号并通过指令电流的控制实现锁相。最后对系统在独立供电和并网供电两种不同工作方式下进行了建模仿真和对比分析。     

光伏发电系统三相逆变并网及其仿真研究

目的太阳能由于其清洁、可再生等诸多优点被全世界广泛关注。光伏发电能够节能减排、降低能耗,是目前电力专家认为的最重要的新能源模式之一。光伏发电最重要的是电网并网输电,光伏发电器件把太阳能转换成的电能通过逆变器进行逆变并网发电。构建光伏发电逆变并网仿真技术,通过仿真复现实际的发电系统,在仿真系统中得到实际系统的某些参数和解决故障方案。方法对三相并网系统进行分析和仿真。采用三相结构,并建立该结构的仿真模型,利用变换和锁相环技术对并网时的电压幅值、频率以及相位进行跟踪。结果结果表明,研究的三相逆变并网仿真模型能够实现逆变器侧的线电压对电网侧的线电压的信息跟踪,对逆变器输出的三相波形的矫正效果良好。结论构建的光伏发电逆变并网仿真技术能够保证顺利并网,并尽可能避免各种故障的发生。     

基于模型参数修正和有源阻尼的逆变系统并网控制策略

为研究新能源发电逆变并网系统,以光伏系统为例,首先建立了光伏电池的数学模型,并且考虑实际情况加入修正补偿系数对光伏电池的数学模型进行修正,进而建立起光伏电池完整的仿真模型,研究在外界条件改变下的光伏电池的输出特性曲线,然后运用MPPT技术使光伏电池工作在最大输出功率处,最后采用了LCL滤波的并网逆变器进行并网.考虑到LCL滤波器的谐振和系统功率损耗的问题,提出了在并网电流直接反馈的基础上引入电容电流反馈的有源阻尼的控制算法,即对其采用基于PI控制的双电流环控制策略.仿真结果表明,仿真模型能顺利实现太阳能发电到并网的完整过程.     

光伏新能源并网系统的区间优化

新能源的大规模并网,势必增加电力系统运行参数的诸多不确定性,实现新能源并网系统稳定运行的关键:建立光伏发电系统并网的合理优化模型;提供其稳定运行的电压极限区间和系统合理的"承载容量",因此,提出将区间优化算法应用于光伏并网系统运行参数的优化。以光伏发电并网节点电源容量为目标函数,配电网节点电压和支路功率特性作为约束条件,建立光伏发电并网系统区间优化的非线性模型;利用区间可能度和区间序关系实现目标函数和约束条件的确定性模型转化,实现光伏并网节点电压波动最小和全网有功损耗最小为两层嵌套的区间优化函数,以光伏发电并网注入有功容量和并网节点电压的区间边界函数作为约束条件,将光伏发电系统的有功功率不等式约束和光伏发电系统并网调节问题结合建立多节点光伏发电系统并网的优化模型,实现鲁棒性的最优求解。利用IEEE33节点配电系统算例仿真,光伏单点接入末端的分叉支路,对配电网末端节点电压提升效果最好;系统末端节点电压提升3.3%~11.8%,末端节点电压下边界优化区间[9.8277,9.8367],实现节点电压下边界由-5%精确至-1.72%;多节点光伏接入并网系统,其有功功率损耗优化区间[131.6576,143.4365],比较光伏接入前降低63.8%~66.8%;首端功率优化区间[30.446,354.59],实现首端有功功率最大调峰354.59k W,为光伏发电并网系统的可靠性运行提供保证。该方法具备高精度求解和快速收敛的特点,适用于改善农村配电网末端电压过低的状况,同时该光伏并网的区间优化方法提供了光伏并网配置方案,为未来电力系统配电网重构提供重要的理论依据。     

光伏发电MPPT的模糊逻辑控制及仿真

[目的]为提高光伏发电效率,使光伏电池迅速工作在最大功率点。[方法]本文结合光伏电池的等效模型,分析其输出特性,采用模糊逻辑控制方法对光伏电池最大功率点进行跟踪控制,基于Matlab/Simulink建立光伏电池最大功率点跟踪的模糊控制仿真模型。[结果]仿真结果显示模糊逻辑控制法能瞬间实现光伏电池最大功率点跟踪。[结论]模糊逻辑控制法能显著改善最大功率点振荡,使系统有良好的稳态和动态性能。     

直驱型风力发电系统电网侧三电平变流器研究

直驱型风力发电系统中风力发电机需要通过全功率变流器并网,电网侧变流器是全功率变换器中的关键部分.本文以三电平电压型PWM变流器作为直驱型风力发电系统电网侧变流器的主电路拓扑结构,建立了基于三相静止坐标系和两相同步旋转坐标系的数学模型,采用空间矢量脉宽调制技术,研究了电压、电流双闭环控制策略,并在PSCAD环境下,对其进行了仿真验证.仿真结果验证了电压、电流双闭环控制策略的正确性,并能够实现功率因数为1、稳定直流侧电压、无功功率独立调节的目的.     

基于matlab光伏发电系统的MPPT控制与仿真

结合光伏电池常用的等效电路和太阳能电池的数学模型,基于Matlab/Simulink建立了光伏电池的仿真模型,得到光伏电池的P-U曲线,并对仿真结果进行了分析。与传统的光伏电池模型相比,本文考虑了环境温度与电池温度之间的关系,使得光伏电池的仿真结果能反映实际环境与电池温度的变化;提出了改进扰动观察的最大功率点跟踪(MPPT)控制方法,并建立了带有MPPT控制功能的光伏发电系统仿真模型,仿真结果表明,该系统能较好地实现最大功率点的跟踪,提高了光伏电池的发电效率。     

开关磁阻风光互补发电系统最大功率输出研究

针对风能和太阳能等新能源的间歇性、可变等不稳定性特征,利用风能和太阳能的资源互补特性,将风能和太阳能通过转化、储存、控制等手段,形成稳定的电力输出。研究太阳能光伏发电系统和开关磁阻风力发电系统最大功率跟踪策略, 提出一种适应天气变化较快的基于输出电压控制的最大功率点跟踪算法,结合蓄电池的智能控制策略,实现智能风光动态互补。MATLAB仿真实验验证了该控制方法的可行性和有效性。     

并网逆变器三矢量模型预测直接功率控制

分布式电源可独立运行,也可并网运行,但为了实现分布式电源的高效利用,一般要并网,通过变换器方式是分布式电源接入电网的主要方式之一.本文探讨了并网逆变器的控制技术策略.并网逆变器采用双矢量模型预测直接功率控制在一定程度上改善了在采用单矢量模型预测直接功率控制时输出电压矢量固定、网侧电流畸变率高、无功功率脉动大等问题,但双矢量模型预测直接功率控制在两个矢量均为有效矢量时输出矢量的幅值不可调,且仅对无功功率实现了无差拍控制,有功功率脉动仍较大.针对这些不足,在其基础上提出了一种并网逆变器的三矢量模型预测直接功率控制策略,该控制策略将两个有效电压矢量与一个零电压矢量作用在一个控制周期内,使输出矢量方向与幅值均可调,且采用有功、无功功率无差拍控制的方式来计算矢量作用时间,进一步提高了控制精度.仿真和实验结果表明,相比单矢量、双矢量模型预测直接功率控制,并网逆变器采用三矢量模型预测直接功率控制的电流谐波含量更低,功率脉动较小,鲁棒性更强.     

基于太阳能光伏技术的农田智能化灌溉系统

通过将太阳能光伏技术应用于农田智能化灌溉系统,设计系统的太阳能供电电源功能模块、太阳能智能化控制灌溉模块及其子功能模块,研究应用太阳光照自动跟踪原理、最大输出功率点跟踪原理、模糊控制原理等相关理论,实现太阳能光照强度最大、太阳能供电电源输出功率最大、不同负载等级的稳定电流输出、模糊控制自动灌溉、电能转换为水势能存储等应用功能,利用太阳能光伏技术实现智能化精准灌溉。设计比较试验表明,与普通的太阳能电池板相比,具备太阳光照自动跟踪设备、最大输出功率点跟踪设备的太阳能电池板总输出功率效率明显提高,负载的水泵抽水效率高,且功率输出稳定、持续时间长。     

温室独立型光伏储能供电系统的仿真研究

随着我国现代设施农业技术的不断发展,开始大规模普及温室种植,致使电力能耗增加,因此亟需研发可再生能源应用,以促进温室生产的可持续发展。拟构建1种温室独立型光伏储能供电系统仿真模型,设定光伏阵列的安装容量、电路类型、逆变器输出电压和变压器变比等参数,阐述光伏电池原理、最大功率点跟踪原理和独立型逆变器的控制方法,在MATLAB软件的Simulink平台上搭建系统仿真模型,通过仿真结果验证了系统的可行性。     

直驱永磁同步风电系统低电压穿越的研究

【目的】研究直驱永磁同步风电系统的控制策略,以提高其低电压穿越的能力。【方法】建立经背靠背双PWM变流器并网的直驱永磁同步风力发电系统的仿真模型,采用电流前馈控制实现两侧变换器的有功和无功功率的解耦控制。将电网电压信号引入机侧整流器参考功率的计算,提出按电网电压跌落幅度减小发电机输出功率的低电压穿越控制策略。【结果】仿真结果表明,电网电压跌落时,文章所提控制策略限制了变流器直流侧过电压和网侧逆变器过电流;辅以桨距角调节可以抑制发电机功率减小时机组机械转速的升高。【结论】保持发电机功率平衡和变流器直流侧功率平衡,可提高直驱永磁同步风电系统的低电压穿越能力,同时向系统提供无功功率支持,帮助电网电压恢复。     

农业光伏发电系统局部阴影条件下的建模与输出特性

农业光伏发电系统在局部阴影条件下的输出特性趋于复杂,最大功率点跟踪算法易陷入局部极值而降低发电效率,且形成的热斑效应可能会损毁组件,因此传统光伏模型在局部阴影条件下不再适用。针对这一问题,在单二极管光伏电池数学模型的基础上,分析局部阴影对光伏组件的影响,推导适用于局部阴影条件的通用光伏阵列模型。在均匀光照条件下的变温、变辐照强度工况以及多种局部阴影条件下进行仿真测试。结果表明,所提模型能够快速准确地反映均匀光照和局部阴影条件下光伏阵列的电流-电压(I-U)和功率-电压(P-U)特性,具有较强通用性,可为提高农业光伏发电效率和阵列优化布局提供有力支持。     

适用于农网的中小功率风力发电电源研究

根据农网对中小功率风力发电电源的要求,采用永磁同步风力发电系统设计了不控整流器加并网脉冲调制（PWM）变换器结构的风力发电电源,具有结构简单,控制方便,成本较低,易于维护的特点,对其运行控制策略进行研究,实现了有功/无功解耦控制,提出了一种基于网侧功率直接控制原理的最大风能跟踪控制策略,仅需控制并网电流一个参数就能直接控制并网功率。建立了相关的试验系统,通过试验验证了所设计的系统和所提出方法的正确性和可行性,是一种适用于农网的中小容量风力发电电源。     

基于重复多谐振的LCL并网逆变器复合控制策略

在LCL型逆变并网系统中,谐波的出现会导致电力电子器件损耗、电机和变压器效率降低、电容器发热损耗以及干扰通讯控制系统等诸多危害。本文在分析LCL型并网逆变器拓扑结构之后,利用准PR控制可以实现无静差跟踪,以及重复控制可以抑制电网周期性扰动的特性,提出一种多谐振控制与重复控制级联的新型控制策略,通过设定谐波次数,更大程度降低并网电流中的谐波含量,实现无静差跟踪基波频率同时,改善并网电能质量,增强高频抗干扰能力,使得并网电流具有更好的稳态和动态性能。从理论和仿真实验方面验证了LCL逆变系统中新型控制策略对并网电流的控制作用以及对系统稳定性的影响。     

PWM整流器直接功率控制系统的设计

采用直流电压外环、功率控制内环结构,设计了基于(αβ)坐标系下的PWM整流器直接功率控制器,根据交流源电压及瞬时功率在预存的开关表中选择整流器输入电压的控制开关量,实现有功功率和无功功率的合理调节。基于Matlab/Simulink环境下的仿真模型,系统仿真分析表明,该三相PWM整流DPC系统获得了高功率因数和满意的系统性能指标。     

基于变步长最大功率跟踪法的现代光伏农业控制策略研究

光伏农业发展前景十分广阔,但光伏阵列的输出功率会受到温度、光照、负载等条件的影响,具有强的非线性特点。为了提高光伏电池利用率,需要通过一定的控制手段来调节脉冲宽度调制(pulse width modulation,简称PWM)占空比,以实现对太阳能电池板的最大功率跟踪(MPPT)。介绍了光伏电池的输出特性和最大功率跟踪的工作原理,阐述了电导增量法的基本思想,提出一种基于电导增量法的实用型变步长最大效率点跟踪技术(maximum power point tracking,简称MPPT)控制方法,能有效解决电导增量法的步长选择问题和外部环境突变时的误判问题,适用于光伏农业中的分布式发电系统,仿真和试验结果验证了该方法的可行性。相比固定步长电导增量法,该方法具有更高的稳定性和效率性,与智能控制等复杂方法相比更易于实现。     

基于电功率测量法的转矩测量系统

利用电功率测量法实现对变频电源控制下异步电机转矩的测量,同时系统还能测量出异步电机工作时的有功功率、转速、三相电压、电流等参数。结果表明,该系统性价比较高,且性能稳定。     

光伏发电在农业照明中的应用

提出了一种改进算法,并对此进行了仿真。仿真结果表明,与传统的MPPT控制方法比较,该方法跟踪速度快,跟踪精度高,且在最大功率点处具有较高的稳定性。该方法实现了恒定电压法和滞环比较法的有效结合。     

温室低压光储直流微网设计与试验

针对低压直流负载新型温室,研究设计新型温室低压光储直流微网。提出扰动观察法与快速预测法结合混合最大功率点跟踪算法,设计系统能量控制策略,实现光伏电池、蓄电池以及负载能量智能交换。搭建以TMS320F28335处理器为核心试验平台,在实验室环境下验证该设计方案可行性。结果表明,最大功率点跟踪效果良好,母线电压稳定。系统满足实际生产需求,为光储直流微网在偏远地区独立供电提供可能。