作者 刘继传 刘武斌 邓佳康 阳鹏飞 湖南工业大学电气与信息工程学院 (湖南 株洲 412000)
刘继传，男，1993年12月出生于湖南省武冈市，湖南工工业大学在读硕士研讨生，电气工程专业。现首要研讨方向是新动力光伏发电、并网逆变器和轨道交通自动化与操控。刘武斌，湖南工业大学，硕士研讨生。邓佳康，湖南工业大学，硕士研讨生。阳鹏飞，湖南工业大学，硕士研讨生。
摘要：近年来光伏发电开展快速，散布规模广泛，可有用地平缓动力缺少的问题。但光伏发电及并网技能还不完善，光伏发电存在运用功率低、并网后对电网安稳运转影响较大。针对此现象，本文依据MATLAB软件渠道树立了两级式太阳能光伏并网体系的仿真模型，前级升压斩波电路[1]运用电导增量法[2](BOOST)对电池最大功率点进行盯梢;并对后级并网逆变器的操控战略进行了研讨，一起仿真了在光伏电池输出电压发生改动的状况下，后级逆变器的呼应特性，最终对单相两级式光伏并网体系的作业特性进行了剖析。
0 导言
跟着人类社会文明的不断开展与前进，随之而来的是巨大的动力需求和耗费，大力开发运用可再生洁净动力，是处理动力问题完结可持续开展仅有出路。太阳能光伏发电[3]具有清洁无污染、连绵不断等长处，未来太阳能发电将会在供电体系中占有适当重要位置。现在太阳能光伏发电首要问题是光伏电池输出功率的不安稳，比方光照强度和温度的改动会导致电池的输出电流与电压的改动，然后引起功率的改动。为了让光伏电池的运转功率到达最大值，需求运用MPPT算法盯梢最大功率点[4]，使光伏电池一直能够输出最大功率。
针对现在光伏发电并网体系仿真模型参数较多、数据核算杂乱等问题，本文提出一种依据Matlab/Simulink带有MPPT算法的光伏发电并网仿真模型，该模型考虑了环境温度、光照强度、光伏阵列串并连数、光伏模块参数对I-V特性、逆变并网对电网的影响。使光伏电池一直作业在最大功率点，弥补了曾经光伏发电并网模型不能反映环境改动导致运转状况的瞬态改动以及这种改动对电网的影响，进步了光伏电池的运转功率。
1 光伏电池仿真模型的树立
光伏电池是运用光伏效应将光能转化为电能。太阳光照在半导体PN结上，光生电场会使空穴和自由电子发生偏移，别离集合在半导体的两头，因为空穴带正电，自由电子带负电，南北极间发生电势差，接通电路参加负载后可构成电流，太阳能因而被转化为电能，有用的运用起来[5]。一起光伏电池的作业功率极易遭到环境的搅扰，由此树立光伏电池数学模型进行深入研讨，来处理光伏电池功率不高的问题。在不同光照强度下光伏电池的伏安特性如图1所示，从图中可看出光伏电池的短路电流、开路电压巨细均受光照强度影响，开路电流与辐照度近似呈正比联系。光伏电池等效电路由光生电流源及一系列电阻(内部并联电阻Rsh和串联电阻Rs)组成，如图2所示。
光伏电池等效电路输出电流巨细：
(1)
式中，I为光伏电池的输出电流;Iph为光生电流;Id为流过二极管的电流;Ish为流过内部并
联电阻Rsh的电流。
规范状况下一般取 S=1000w/m2，T=25℃作为光照强度和电池温度的参阅值。当光照强度及电池温度不是参阅值时,导致最大功率点发生偏移，需求从头树立数学模型核算出新的参数值。假定Isc为短路电流，Voc为开路电压，最大功率点处的电压电流别离为Vm、Im。在恣意光照强度S和恣意环境温度T下，当光伏电池输出电压为V时，其对应的电流为I：
(2)
C1、C2别离是：
(3)
(4)
经过 Matlab/Simulink软件构建光伏电池模型，其内部结构仿真如图3所示。
2 依据BOOST电路的MPPT算法模型的树立
因为光伏电池输出功率首要取决于入射光线的强度与环境温度，而实践状况下光照强度和温度是瞬时改动的，为了进步光伏电池的作业功率，需求对其最大功率点进行追寻。光伏电池在不同光照强度下的功率-电压特性曲线如图4所示，可看出光伏电池在某一作业点处输出最大功率，最大功率值随辐照度增强而增大。光伏电池在不同温度下的功率-电压特性曲线如图5所示，从图中能够看出最大功率点随温度的下降而增大。
在双级式光伏发电并网体系中，一般选用DC/DC操控环节完结最大功率操控的使命，经过调理DC/DC变换器的操控脉冲占空比，改动DC/DC环节的输出电压，适当于调理光伏组件输出侧的等效负载的巨细，使负载侧等效阻抗与光伏电池组件在该环境条件下作业于最大功率点时对应的阻抗巨细相同，到达让电池组件处于最大功率点作业状况的意图。常用的最大功率点追寻办法中，电导增量法具有杰出的操控作用，能够以此作为MPPT算法的研讨根底，在此办法上加以改进。双级式光伏并网结构图如图6所示。从图中能够看出将光伏电池宣布的电能经过BOOST电路升压，再逆变并入电网。
当光伏列阵作业在恣意温度和光照强度下，能够得到功率为：
(5)
其间，DV、DI是在规范参阅条件下，由参阅温度系数、光照强度、资料和光伏列阵的串并联办法一起决议。依据极值法可得，当dp/dv= 0时，P取最大值。
(6)
令
=0，即可求得Vm。式(6)是微分方程，可选用平行弦法进行迭代求解，得到最大功率点出的电压Vm：
(7)
当
为迭代精度，Vk为第k次迭代值，Vk+1为第k+1次迭代值，Vo为初次采样电压。运用此算法，寻觅最大功率点，简略高效，能够防止很多重复核算，削减了核算的杂乱度。MPPT算法内部结构模型如图7所示。
3 逆变并网操控办法
现在并网逆变器的操控器是研讨的要点，特别是在很多散布式动力并网的状况下，对操控器的要求更高，削减散布式动力的接入给电网带来的影响。本文中的并网逆变器选用闭环操控办法。意图是为了操控逆变器输输出端电压安稳且使并网逆变器的输出电流与电网电压同频、同相，输送到电网的功率因数近似为1。并网逆变器内部结构框图如图8所示。以电网电压作为操控量，选用PI调理器操控PWM操控信号，操控逆变器输出电压值，使其与电网电压同步。
4 仿真成果剖析
经过运用MATLAB仿真软件树立仿真模型，太阳能电池仿真模型如图9所示。设置环境温度为25 ℃，光照强度设置为从1000 W/m2 改动至600 W/m2 ，仿真时刻设置为0.5 S。
光伏电池输出电压如图10所示，能够看到，当光照强度下降时，输出电压也会下降，并且改动时因为电池结构杂乱，它的输出电压不能平稳改动，电压幅值改动较大，假如直接并网，将会严重破坏电网电能质量。在运用MPPT算法之后，使电池一直作业在最大功率点，输出电压如图11所示。在外界环境改动时，它的输出电压能坚持平稳改动，不会发生电压幅值改动过大的状况，既确保了电池作业功率，也提升了电能质量。
将光伏电池的输出电压经过DC/DC升压电路升压至电网电压220 V，再经过逆变电路逆变为沟通电压并入电网。输出电压如图12所示。
从图中能够看出升压后经过大电容稳压，电压根本保持在直流220 V，动摇较小。经过PWM逆变电路后，每个周期为0.02 s，沟通电压幅值是220 V，逆变器发生的谐波含量少，对电网的影响较少，相位、峰值根本和电网电压坚持一致。当外界环境改动时，输出电压也能保持安稳。
5 定论
本文树立了光伏电池的仿真模型，运用单相两级式并网技能搭建了并网仿真体系。在前级BOOST电路中运用了MPPT算法，经过调理触发信号的占空比，调理负载侧的等效负载，追寻光伏列阵的最大功率点。逆变器选用的是全桥逆变电路，选用PWM脉冲作为操控器的触发信号。完结了逆变器对电网电压同步追寻，满意并网要求。特别是在应对环境改动时，此体系有杰出同步电网的功能，确保输出电压的安稳性，有很好的实用性。
参阅文献:
[1]朱鹏程, 郭卫农, 陈坚. 升压斩波电路PI和 PID调理器的优化规划[J]. 电力电子技能, 2001, 35(4): 28-31.
[2]张润坤. 含散布式光伏电源的配电网继电保护研讨[D]. 南京理工大学, 2017.
[3]孔凡太, 戴松元. 我国太阳能光伏工业现状及未来展望[J]. 我国工程科学, 2016, 18(4): 51-54.
[4]汪石农, 陈其工, 高文根. 依据直线近似和扰动调查的 MPPT 算法研讨[J]. 电子丈量与仪器学报, 2016, 30(6): 945-950.
[5]Mei Q, Shan M, Liu L, et al. A novel improved variable step-size incremental-resistance MPPT
method for PV systems[J]. IEEE transactions on industrial electronics, 2011, 58(6): 2427-2434.
本文来源于《电子产品世界》2018年第11期第72页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
