分布式并网光伏发电应用研究导读:本辑归纳了分布式并网光伏发电应用前景,并网光伏发电电能质量测试与分析,并网型光伏发电系统控制策略研究,分布式并网光伏发电应用前景,光伏发电系统中蓄电池充电控制研究。
中国学术期刊文辑(2013)目录一、理论篇多功能光伏发电系统仿真设计 1分布式并网光伏发电应用前景 6分布式光伏发电现状及走势 8分布式光伏发电现状及走势孙李平 10分布式光伏发电陷迷途奥克股份阳光电源堪忧 12光伏并网发电若干关键技术分析与综述 14光伏发电并网标准发展陈志磊 21光伏发电并网对东莞电网的影响及对策研究 25光伏发电并网及电能计量问题探究 29光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望 31光伏发电并网技术的应用 45光伏发电并网技术难点及破解办法 46二、发展篇光伏发电并网难考验激励机制 49光伏发电并网逆变器控制器控制系统的设计 51光伏发电并网系统的仿真建模及对配电网电压稳定性影响 53 光伏发电并网系统跟踪方法的改进 67太阳能光伏发电的设计应用陈秋宇 1 76太阳能光伏发电的设计应用陈秋宇 79太阳能光伏发电技术及其发展前景分析 82一种新型高效太阳能光伏发电系统的设计及优化分析 84以光伏发电为代表的微电网的经济运行评估 87以光伏发电为代表的微电网的经济运行评估杨海晶 90 应用于停车棚的光伏储能微网发电系统研究 93收稿日期:2012-11-15基金项目:国家自然科学基金(51107088);天津市资助选派优秀博士后国际化培养计划(2012年)通讯作者:肖朝霞(1981-),女,博士,副教授,主要从事分布式发电系统及其控制等方面的研究;E-mail:xiaozhaoxia@tjpu.edu.cn第27卷第4期2012年12月电力科学与技术学报JOURNAL OF EIECTRIC POWER SCIENCE AND TECHNOLOGYVol.27No.4Dec.2012 多功能光伏发电系统仿真设计肖朝霞,刘 东,赵倩宇(天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室,天津 300387)摘 要:提供一种基于Matlab/Simulink的多功能光伏(PV)发电系统仿真设计方法,既可用于系统运行分析和控制器设计,又可通过dSpace将其用于实验室系统.并对系统运行模式进行分析,采用stateflow进行运行模式控制;给出光伏逆变器和蓄电池充放电控制方法,以及它们在Matlab/Simulink中的实现方式。
该仿真方法的应用可促进分布式发电的实用化进程.关 键 词:光伏;蓄电池;操作模式控制;状态流中图分类号:TM341 文献标识码:A 文章编号:1673-9140(2012)04-0012-05Simulation and design of multifunctional PV-inverter systemXIAO Zhao-xia,LIU Dong,ZHAO Qian-yu(Tianjin Key Laboratory of Advanced Technology of Electrical Engineering andEnergy Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387,China)Abstract:A Matlab/Simulink based multifunctional photovoltaic(PV)-inverter system simulationdesign method is provided in this paper.It can be used for system operation analysis and control-ler design,as well as for the laboratory system control by dSpace.The system possible operationmodes are analyzed and the stateflow is used to realize operation mode control.Meanwhile,thecontrol methods of the PV-inverter and battery charging/discharging are presented with the cor-responding implementation in Matlab/Simulink.The application of the simulation method willpromote the utility of distributed generations.Key words:PV;battery;operation mode control;stateflow 分布式发电作为智能电网的组成部分之一为供能提供了一种新方式[1-2].通过逆变器接口的可再生能源发电由于可以采用不同的控制方法而具有更大的灵活性[3-4].多功能光伏发电系统采用光伏发电与蓄电池的组合,通过对逆变器和蓄电池的充放电控制,可以实现向电网提供更多的电能、负荷侧电能质量提高、UPS、无功功率补偿、谐波抑制、为电网提供电压和频率支持等功能[5-7].采用Matlab/Simulink进行该系统的软件部分设计,既可用于系统运行模式和控制器设计的仿真,也可将其应用于控制实验室系统的dSpace上[8-11],这种设计方法可减少从仿真到实际系统的流程和错误概率.笔者详细介绍利用Matlab/Simulink进行多功能光伏发电系统的设计流程.对实验室多功能光伏发电系统进行详细介绍,分析该系统各种可能的运行模式,给出运行模式控制采用Stateflow(状态流)实现的方法和应用于该系统的控制器结构,并给出其在Matlab/Simulink中的实现方法.1 系统模型多功能光伏系统多功能光伏系统实验系统结构如图1所示,实验室系统如图2所示.该系统由功率为100kW的光伏发电单元组成,蓄电池出口电压为384V,由192个电池串联而成,总容量为800Ah.系统的运行模式控制及对光伏和蓄电池充放电控制由dSPACE DS 1401MicroAutoBox完成.通过基于Matlab/Simulink进行该系统的软件部分的设计,既可用于系统运行模式和控制器设计的仿真,也可将其应用于控制实验室系统的dSpace上,同时成熟后可用于控制实际系统.图1 多功能光伏系统Figure 1 Multifunctional PV systems图2 多功能光伏实验室系统Figure 2 Multifunctional photovoltaic laboratory system通过对开关和DC/AC及DC/DC的控制,多功能光伏系统主要提供以下功能.1)向电网提供更多的电能.逆变器的容量可满足光伏和蓄电池同时输出电能,光伏单元一般运行在MPPT模式.2)子网内电能质量的提高.通过连接电感的引入,子网内负荷点电压可免受主网电压波动的影响.3)UPS(不间断供电)功能.由于蓄电池设计的容量可单独为子网内负荷提供电能1h,所以当主网出现故障,该系统可提供持续供电.4)尖峰共享功能.当子网内工业负荷用电处于用电尖峰时,该系统起削峰功能,可有效降低电网成本.5)无功功率补偿.由于光伏发电的间歇性,因此可利用对逆变器的控制为子网内工业负荷提供无功功率.6)谐波抑制.通过对光伏侧逆变器的控制,有效抑制谐波.7)为电网提供电压和频率支持,参与主电网运行.2 系统的主要运行模式系统通过控制断路器S1,S2和S3,主要有联网运行、独立运行和只有蓄电池与PV的工作模式.系统主要运行模式如表1所示,在stateflow里操作模式控制如图3所示.1)对于联网运行,由电网是否处于尖峰运行、PV能否提供电能和负荷对无功的要求情况,又可分为5类:①电网可提供足够电能,DC/AC处于逆变状态,PV运行于最大功率点,将更多电能送给电网,蓄电池由PV充电;②电网可提供足够有功,DC/AC处于整流状态,蓄电池由电网充电;③电网可提供足够有功,光伏输出有功功率未达到逆变器额定功率,逆变器可向子网内负荷或主电网提供无功,DC/AC处于逆变状态,子网与主电网连结点功率恒定或功率因数恒定,蓄电池由PV充电;④电网处于尖峰运行,DC/AC处于逆变状态,PV运行于最大功率点,蓄电池放电为负荷提供电能;⑤电网处于尖峰运行,DC/AC处于逆变状态,PV为蓄电池和负荷提供电能.2)对于独立运行,系统由PV是否可以提供足够电能情况分为2类:①PV恒电压运行为蓄电池和负荷提供电能;②PV运行于最大功率点,蓄电池放电为负荷提供电能.3)对于仅有蓄电池和PV情形,也有2种运行模式:①PV为蓄电池充电.②PV运行于开路电压,不提供电能.31第27卷第4期肖朝霞,等:多功能光伏发电系统仿真设计 表1 系统的主要运行模式Table 1 System main operation modes开关状态DC/AC状态PV运行模式逆变器蓄电池运行模式S1和S2(或S3)闭合(联网运行)S2且S3打开,S1闭合(独立运行)S1打开逆变MPPT(PPV>10kW)电压或电流控制充电or 0(满)整流MPPT(PPV>10kW)电压或电流控制充电逆变MTTP(PPV>10kW)恒功率因数控制充电逆变MPPT(PPV>10kW);恒电压(PPV<10kW)电压或电流控制放电(尖峰共享)逆变由蓄电池充电控制决定电压或电流控制充电(尖峰共享)逆变由蓄电池充电控制决定电压控制充电or 0(满)逆变MPPT(PPV>10kW);恒电压(PPV<10kW)电压控制放电off由蓄电池充电控制决定off充电off off off 0(满)图3 运行模式控制Figure 3 Operation modes control3 主要控制方式对于DC/AC逆变器主要采用恒电压控制、恒电流控制和恒功率因数控制,分别如图4~6所示.图4 电压控制Figure 4 Voltage control图5 电流控制Figure 5 Current control图6 功率因数控制Figure 6 Power factor control41电力科学与技术学报 2012年12月当采用连接电感时控制器结构如图4所示,控制的目的是维持负荷点电压恒定且尽可能将直流侧电能输送到电网,VDClink_set由光伏最大功率跟踪算法确定;当没有连接电感时控制器结构如图5所示,控制的目标为从逆变器看进去的系统为恒流源;当负荷或电网需要大量无功而光伏逆变器没有满载时,可以通过控制逆变器向负荷或电网提供无功,控制器如图6所示.控制器在Matlab/Simulink中仿真如图7所示.图7 控制器在Matlab/Simulink的实现Figure 7 Controller implementation with Matlab/Simulink 当蓄电池放电时,对于DC/DC的控制如图8所示.当直流母线电压低于设置的最小值(0.9倍的光伏最大功率处电压V_mpp)时,蓄电池开始放电,当光伏输出功率大于10kW时,控制目的是使光伏维持在MTTP;当光伏输出功率小于10kW时,维持直流母线电压恒定并保护蓄电池不会过度放电.该控制器考虑蓄电池的放电状态,当蓄电池端口电压小于Vbatt.min时,蓄电池停止放电.当直流母线电压大于其最大值(1.1倍的光伏最大功率处电压V_mpp)时,蓄电池开始充电.根据蓄电池充电特性设计控制器,如图9所示.当蓄电池端口电压较低时采用恒电流控制(图9(b)),随着蓄电池电能增多,充电状态(SOC)发生变化,蓄电池端口电压升高,当达到95%的蓄电池电大电压时,由恒电流充电转换为恒电压充电(图9(c)).当蓄电池电压达到其最大电压且充电电流小于其最小电流时,蓄电池充电已满,停止充电.图8 蓄电池放电控制Figure 8 Battery discharge control51第27卷第4期肖朝霞,等:多功能光伏发电系统仿真设计图9 蓄电池充电控制Figure 9 Battery charge control4 结语笔者提供了一种既可用于系统运行模式和控制器的设计,又可通过dSpace将其用于实验室系统的基于Matlab/Simulink的多功能光伏发电系统仿真设计方法.多功能光伏系统包括9种主要运行模式,各操作模式的控制通过stateflow完成.通过对系统开关、DC/AC和DC/DC的控制,系统可实现向电网提供更多的电能、负荷侧电能质量提高、UPS、无功功率补偿、谐波抑制以及为电网提供电压和频率支持等功能.笔者详细介绍了光伏逆变器和蓄电池充放电控制方法,并给出了它们在Matlab/Simu-link中的实现方式.该仿真方法的应用可促进分布式发电的实用化进程.参考文献:[1]张佳佳,陈金富,范荣奇.微网高渗透对电网稳定性的影响分析[J].电力科学与技术学报,2009,24(1):25-29.ZHANG Jia-jia,CHEN Jin-fu,FAN Rong-qi.Investi-gation of the influence ofm icrogrids high large penetra-tion ratios on power network stability[J].Journal 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