PSIM系统

PSIM系统（精选5篇）

PSIM系统 篇1

引言

当年, 世界经济的快速发展, 化石燃料等逐步消耗殆尽, 开发利用新能源迫在眉睫。太阳能具有可再生、无污染、转换环节少、取之不尽等优势, 具有很大的发展优势, 正在全球大规模推广使用[1]。目前, 光伏发电并网系统在实际中也得到一定的普及, 在节约电力电量方面发挥了积极的作用[2]。

利用PSIM软件建立光伏并网系统模型, 通过仿真研究分析各部分模块的功能作用, 对光伏发电并网系统研究具有积极作用。

1 光伏电池模型建立

光伏列阵是依据负载容量大小来要求的, 通过串并联组成若干光伏电池组件的供电装置。光伏电池等效电路模型示意图如图1所示[3]。

依据基尔霍夫电流定律有:

式中: I—负荷电流; U—光伏阵列 端电压;Iph—光伏输出电流; S—光照强度; q—电子常量, 取q = 1. 602×10- 19C; Tref—参考温度, K; T—电池组温度, K; Eg—能带系能量; k—玻尔兹曼常量, 取k= 1. 3805×10- 23J; Rs—串联电阻; Rsh—分流电阻;n—二极管排放系数; Ido—二极管反向电流; Isc—光伏电池短路电流; CT—温度系数。

将式 ( 2) ~ 式 ( 5) 带入式 ( 1) 即可得到光伏电池输出电流表达式。上述各式中参数均来自太阳能电池板的物理特征参数。

2 基于 PSIM 的各元件模块建模

PSIM软件是电力电子以及电机控制仿真软件包, 其操作简单直观, 同时其中元器件都是理想模型。同时PSIM具备C语言和Mtalab /Simulink接口, 有更多的控制方法。

2. 1 太阳能电池板模型

PSIM软件中自带太阳能电池板模型, 模型分为2种, 即物理模型和功能模型。该项目运 用PSIM物理模型搭建光伏并网系统。

通过PSIM中的Solar Module功能模块可以读出太阳能电池板的所有参数以及显示该电池板的P - V曲线以及I - V曲线, 以观察太阳能电池板的特性。

2. 2 Boost 升压电路

Boost升压电路如图2所示。当充电过程时三极管导通, 三极管相当于导线, 此时电流经过电感形成回路, 二极管用来给电容放电防止电容对地放电。

放电时三极管相当于断开, 由于电感的电流保持性, 电流不会立刻变为0, 只有通过电容放电, 此时电容两端会产生一个电压, 高于输入电压。经过不断充放电的过程在电容两端获得高电压, 这就是Boost升压电路的工作原理。

2. 3 MPPT 控制方法

光伏发电系统中, 为了使太阳能电池板的输出功率达到最大, 会采用最大功率点跟踪 ( MaximumPower Point Tracking, MPPT) 的方法来实现这项功能[4]。常用的MPPT控制方法有恒定电压法、扰动观察法、电导增量法、滞环比较法、模糊逻辑控制法等[5,6,7]。该项目中采用扰动观察法进行MPPT控制, 扰动观察 法 ( Perturb & Observe Algorithms, P&O) 是目前实现MPPT功能的常用方法之一, 它实现相对简单, 所需参数也相对较少。其机理是间隔给定周期提高或者减低电压, 并且观察改变前后的功率改变目标, 如果功率变大则继续按上一周期的方向继续“干扰”, 反之则向反方向“干扰”, 最终在一个范围内达到稳定[8]。其原理流程图如图3所示。

对于扰动观察法, 如果选择的步长较大, 跟踪速度相对较快, 但找到最大功率点的相对精度较差, 相对较小的步长则相反。在PSIM软件中, 通过外接DLL模块来实现MPPT功能, 应用C语言进行了DLL模块的编程, 编写了扰动观察法的程序。通过上述模块可以构成光发电并网系统直流升压模块, 如图4所示。

2. 4 逆变器模块

文中仿真研究只考虑单相电的情况, 搭建的单相桥式电压型逆变器如图5所示。

该逆变器以对角线的2个IBGT作为一组开关, 2组开关相互联系, 交替开断, 最终是在负载端得到正、负方波, 具体的开关顺序可以根据控制目的的不同而改变, 再经过整流滤波可以得到正弦波。

2. 5 光伏发电并网仿真模型

通过对直流升压模块以及逆变器模块的研究学习, 建立光伏发电并网系统PSIM仿真结构图, 光伏发电并网仿真模型图如图6所示。

3 仿真结果

建立光伏发电并网系统模型之后进行仿真, 首先设置太阳能电池板的参数: 额定功率P = 250W, 额定电压U = 30V, 开路电压Uoc= 36. 6V, 短路电流Isc= 8. 96A, 工作电压为29. 89V, 工作电流为8. 96A, 峰值功率Pmax= 250. 96W, 额定光照强度S设置为1000W/m2, 额定温度T设置为25℃。仿真时间t设置为1s, 步长delt设置为1e - 005s。将各项参数输入到Solar Module模块, 可以对模型中的太阳能电池板参数进行改变。

由仿真输出可以直观地观察到太阳能电池板输出的电压电流, 以及经Boost升压电路升压之后的电压值, 如图7所示。直流电经逆变器逆变后的电压如图8所示。

逆变器输出的电能与电网电压同频、同幅、同相之后进行并网, 并网电压如图9所示。

由仿真结果可知, 各部分模块均实现了各自功能, 使光伏系统得以实现并网, 可实现其他研究。

4 结语

运用PSIM软件建立的光伏发电并网系统仿真模型, 是在建立光伏并网3节点系统实物基础上参考搭建的。各仿真模块不论是单独工作还是并网工作都能很好地实现其功能, 说明该仿真模型具有很强的通用性, 为进一步开展各类专题研究 ( 如并网系统的稳定性) 奠定了基础。

参考文献

[1]周志敏, 纪爱华.太阳能光伏发电系统设计与应用[M].北京:电子工业出版社, 2010.

[2]李升, 徐香香, 徐俊, 等.智能用电技术对需求侧管理的影响[J].节能, 2013, (9) :58-61.

[3]张巍, 向铁元, 李安, 等.基于MATLAB—PSASP的光伏并网暂态稳定计算模型[J].电力自动化设备, 2012, 32 (6) :80-85.

[4]赵争鸣, 刘建政, 孙晓瑛, 等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社, 2005.

[5]KAWAMURA T, HARADA K, ISHIHARA U, et al.Analysis of MPPT characteristics in photovoltaic power system[J].Solar Energy Materials and Solar Cells, 1997, 47:155-165.

[6]李炜, 朱新坚.光伏系统最大功率点跟踪控制仿真模型[J].计算机仿真, 2006, 23 (6) :239-241.

[7]姚雪梅.太阳能 (光伏) 应用系统优化控制的研究[D].山东:青岛大学, 2009.

[8]Liu X, Lopes LAC.An improved perturbation and observation maximum power point tracking algorithm for PV arrays[C].2004 Power Electronics Specialists Conference.IEEE, 2004.

PSIM系统 篇2

随着化石能源日益枯竭,全球环境持续恶化,风力发电以其独特的优势受到各国政府和研究人员密切关注。近年来,中小型自主发电得到国家相关政策大力支持并推广和应用[1]。其主要用于有风无电的偏僻地带以及部分企业的自备电厂,如偏远山区、边防哨所、孤岛,大型农、牧、渔业以及油田等。直驱型永磁风力发电机系统是近年来研究的热点,永磁同步发电机( PMSG) 以其控制精度好、效率高、维护少等诸多优点被用户广泛使用。

PSIM是用于电力电子和电机控制研究的仿真软件,主要特点有用户界面简单,学习易懂、操作方便以及仿真速度快、仿真波形清晰直观等。PSIM9. 0中有丰富的元件库,其中封装的风力机模块为本文风力发电系统的设计和分析提供了优越平台。尤其完成本文中小型风力发电系统仿真,PSIM9. 0中可以快速直观的搭建仿真系统模型,实现发电机转速和并网电压的准确控制。

1 永磁风力发电系统概述

永磁风力发电系统主要由风力机、PMSG、变流器以及控制系统四个模块组成,其基本结构如图1所示。PMSG系统省去了沉重的增速齿轮箱,提高了机组运行可靠 性和风能 利用效率。PMSG系统不从电网吸收无功功率,全功率变流器能够实现低压穿越功能,这为并网要求日益严格的风电提供了可靠保障。总之,直驱永磁风力发电系统具有以下显著特点[2]: ( 1) 发电机体积小且发电机重量较轻; ( 2) 电磁干扰小且电磁兼容性良好;( 3) 结构简单,可靠性好,使用寿命长; ( 4) 效率高,节能效率明显; ( 5) 恶劣环境下的适应能力强; ( 6) 电压波形质量好,能适应各种负载变化。

2 风力发电系统数学模型

2. 1 风力机的功率特性

风力机是整个风力发电系统能量转换的关键部分,其主要功能是将迎风能量截获并有效的转换为风力发电机的机械动能。

由流体力学知识可知,气流扫过风轮机时所产生的动能即是风力机的输入功率,其表达式为:

式中m为截获空气质量; S为风叶扫过面积; v为风速; ρ为空气密度。

根据Betz极限理论[3],风力机理论上能输出的最大功率为:

式中cpmax为风能最大转换系数,其值为0. 593。

风力机输出转矩公式为:

式中P为风力机输出功率; Cp为功率转换系数; ω为风力机叶片旋转角速度。

2. 2 永磁同步发电机模型

PMSG在运行过程中,转子和定子始终保持相对运动状态,绕组与绕组,永磁体与绕组之间互相影响,再加上磁路饱和等非线性因素,电磁关系十分复杂,要建立PMSG的精确数学模型相当困难。因此,为了分析方便,通常作如下假设: ( 1) 定子绕组为Y型连接; ( 2) 反电动势为正弦,不考虑空间谐波和磁路饱和的影响; ( 3) 不计涡流和磁滞损耗; ( 4) 励磁电流无动态响应过程。

PMSG的电压和电磁转矩在dq轴旋转坐标系下的数学关系式如下所示[4]:

电压方程:

磁链方程:

电磁转矩方程:

式中ψq和ψd分别为q轴和d轴磁链; Ld和Lq为两相定子绕组d轴和q轴自感; Rs为定子电阻; id和iq为d轴和q轴电枢电流; ωc为转子旋转角速度; p为微分算子符号; np为电机极对数; ψf是永磁体产生的磁链,ψf为常数。

3 控制策略及建模

背靠背双PWM全功率变流器由发电机侧变流器、直流环节和并网侧变流器三个部分组成。

3. 1 发电机侧控制策略及仿真模型

机侧变流控制的目的是在风速变化情况下,调节发电机转矩和转速,实现最大功率跟踪控制[5]。在旋转坐标下,由式( 6) 可知,当Ld= Lq时,转矩只与q轴电流有关,因此,转矩控制也就是控制电流。总之,机侧控制实质上是以电流控制为内环,速度控制为外环的双闭环控制。控制过程中,转矩和转速的大小取决于空间矢量电流,通过对id和iq的控制,使得实际id和iq跟踪控制信号i*d和i*q,便能实现控制的目标。在PSIM仿真环境下的仿真控制模型如图2所示。

3. 2 并网侧控制策略及仿真模型

网侧三相电压变流器实质上是整流器工作在逆变状态,通过对变流器的控制,使得直流母线电压稳定,网侧单位功率因数运行。传统中小型风力发电系统控制采用单电流控制方法,针对本方法的不足,本文采用 双闭环控 制的电压 定向矢量 控制方法[6,7]。电压定向矢量控制分为间接控制和直接控制法,本文采用动态性能更佳的直接电流控制方法,直接电流控制采用电流闭环控制,电流响应速度快,鲁棒性好[8]。控制时,外环电压信号受直流电压给定信号U*dc和反馈实际直流电压Udc影响,内环电流信号由网侧坐标变换后的电流控制。基于PSIM搭建的网侧控制仿真模型如图3所示。

4 仿真结果分析

为验证整个永磁风力发电系统的可行性,本文设计一个额定功率为3 k W的系统,系统主要参数如表1所示,整个仿真系统的模型在PSIM9. 0软件中搭建,仿真时间为0. 5 s。为验证系统在风速突变的时候系统能保持稳定运行,仿真时,风速从额定风速12 m / s突变到9 m / s,波形如图4所示。此时,实际的发电机转速和电磁转矩变化情况如图5所示,从图6可以看出,当系统运行在额定风速以下时,发电机输出功率保持最大功率输出。图7和图8中直流母线电压恒定,逆变器输出电压与并网电压同频同相,图9电流波形良好,说明电压矢量控制策略正确。图10表示并网参考电压。

从仿真结果可知,当风速发生改变时,发电机转速和转矩稳定,直流母线电压恒定为400 V,符合并网要求,说明系统控制策略合理,仿真结果准确。

5 结束语

基于PSIM的光伏电池的仿真 篇3

1光伏阵列物理机制的数学表达

单个光伏电池的输出特性如下所示:

$J=J{}_{ph}-J{}_0(\text{e}{}^{\frac{qU}{k{\rm T}}}-1)$ (1)

其中, q为电子电量;U为电池端电压;k为波尔兹曼常数;T为电池温度。由此可得到单个光伏电池的电路模型如图1所示。

对于光伏阵列, 可以看作是若干单个光伏电池的串并联, 可以根据实际情况做一些假设后, 光伏阵列的输出将满足如下方程组:

Uall=NsUcell

Iall=NpIcell (2)

Pall=NsNpPcell

其中, Ucell, Icell, Pcell分别为单个光伏电池的输出电压、电流及功率;Ns, Np分别为光伏阵列中串联和并联电池个数;Uall, Iall, Pall分别为整个光伏阵列的输出电压、电流及功率。则整个光伏阵列的电路模型如图2所示。

为了达到工程要求的精度, 光伏阵列输出电流的计算需要增加参数A, Rs, Rsh, 从而有:

${\rm I}{}_{\text{a}\text{l}\text{l}}={\rm I}{}_{sc}-{\rm I}{}_0\left[\text{e}{}^{\frac{q(U+{\rm I}{}_{\text{a}\text{l}\text{l}}R{}_s)}{Ak{\rm T}}}-1\right]-\frac{U+R{}_s{\rm I}{}_{\text{a}\text{l}\text{l}}}{R{}_{sh}}$ (3)

${\rm I}{}_0=C{}_D{\rm T}{}^3\text{e}{}^{\left(-\frac{eE{}_g}{Ak{\rm T}}\right)}$ (4)

而光伏电流和装置温度分别为:

Iph=5.46×10-3ETP[1+0.001 (T-298) ] (5)

T=Ta+0.3ETP×1 000 (6)

其中, ETP为光伏电池的瞬间光照强度。则由方程组 (3) ～ (6) 可以得到光伏阵列的理想输出特性[3,4]。

2基于物理机制的光伏阵列的仿真模型

根据光伏阵列的理想输出特性就可以在PSIM软件中建立该模型, 最直接的方式就是采用PSIM已有的器件模块直接搭建, 则基于物理机制的光伏阵列模型电路如图3所示。

其中, 端口S, T, P和N为与外围主电路相连接的端口, 分别用于设置光照强度、温度以及光伏阵列的输出电压端口。不难看出, 该电路与式 (3) ～式 (6) 有着直接的对应关系。其中核心部分为光伏阵列中的电压与电流非线性关系的描述, 在此电路中对电压进行采样, 经乘K和ax的运算, 形成对应的参考电流, 再通过C/P控制和压控流源产生相应的电流, 实现模型中的电压与电流非线性关系。另外, 在该电路模型中对温度的影响进行了相应的校正。通过外围电路就可以测试出该光伏阵列模型的输出特性 (如图4所示) 。

该仿真结果与光伏阵列的特性完全吻合。

3结语

通过基于物理机制的光伏阵列模型建立过程以及其对光伏阵列的模拟效果来看, 该模型具有如下优点:1) 基于光伏阵列物理本质, 准确反映其物理特性。2) 模型参数与实际参数严格对应, 仿真精度高。3) 子电路接口简单, 容易用于电路仿真。

参考文献

[1]Powersim Inc.PSIM User’s Guide Veron6.0[J].PowersimInc, 2003 (1) :112-113.

[2]Gerhard Brauer, Adrian Wirth, Gerhard Wild.Simulation tools forthe ACS1000 standard AC drive[J].ABB Review, 1998 (5) :43-51.

[3]赵争鸣, 刘建政.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社, 2005:233-247.

PSIM系统 篇4

关键词：光伏矩阵,PSIM仿真模型,输出特性

1. 引言

能源是人类经济及文化活动的动力来源, 具有无污染、可再生、资源的普遍性等优点的太阳能越来越受到人们的重视。人们对太阳能的利用主要方式之一就是太阳能光伏发电, 即通过光电转换, 将太阳能转换为电能并加以储蓄, 最终以电源形式满足人们的需求。而在光伏发电系统真正搭建之前, 需要对整个发电系统进行仿真验证, 此时就需要太阳能电池的模型来对整个电路系统的工作情况进行验证。本文在PSIM仿真环境下, 搭建了一个太阳能电池的仿真模型。

2. 太阳能电池的数学模型

太阳能电池, 又称光伏电池, 是通过光伏效应直接把光能转化成电能的装置。根据电子学理论, 太阳能电池的等效电路如图1[1,2]所示。其I-V方程为:

式中IL--光电流, A;I0--反向饱和电流, A;q--电子电荷 (1.6×1019C) ;K--波尔兹曼常数 (1.38×10-23J/K) ;T--绝对温度, K;A--二极管因子;Rs--串联电阻, Ω;Rsh--并联电阻, Ω。

3. 太阳能电池工程用数学模型

工程用太阳能电池模型通常要求标准条件下的Isc、Voc、Im、Vm、Pm这几个技术参数, 就能在一定精度下再现太阳能电池的特性。在公式1的基础上, 太阳能电池的I-V方程简化[3,4]为:

式中:

如果日射强度S和电池温度T不是标准的情况, 那么此时太阳能电池的短路电流Isc'、开路电压Voc'、最大功率点电流Im'、最大功率点电压Vm'就要按照公式 (5) ～ (11) 变化。

式中:Sref为参考太阳辐射强度, 1000W/m2;Tref为参考点出温度, 25℃;Tair为环境温度, K;K为太阳辐射强度变化时抬眼更电池温度系数, 典型值0.3℃·m2/W;△T为实际电池温度与参考电池温度的差值, K;S为太阳辐射强度, W/m2;△S为实际光强与参考光强的差值, W/m2;a、b、c为常数, 文献[3]的推荐值为:a=0.00255/℃, b=0.5/℃, c=0.00288/℃。

在任意光强S和电池温度T时, 公式 (2) ～ (4) 就变为公式 (12) ～ (14) :

文献[4]中已经说明该数学模型 (公式 (1) ～ (11) ) , 其精度可以控制在6%的范围内。

4. 太阳能电池仿真模型和输出特性测试电路

4.1 太阳能电池仿真模型

根据公式 (12) ～ (13) , 在Psim下建立的太阳能电池仿真模型如图2、图3所示。

4.2 太阳能电池输出特性测试电路

太阳能电池输出特性的测试电路如图4所示。若选择T=25℃, S=1000W/m2, Isc=2.6104A, Im=2.2793A, Voc=22.232V, Vm=17.616V, 此时的输出特性如图5所示, 图中的I1*V2就是输出的瞬时功率。

将该Psim仿真结果与Matlab仿真模型 (公式 (1) ～ (11) ) 的结果进行比较如图6所示, 可见该Psim模型与Matlab结果基本一致, 采用该模型可以模拟太阳能电池的特性。

5. 结论

为了满足工程上电路仿真的需要, 本文基于Psim建立了一种太阳能电池的仿真模型, 通过仿真可见, 该模型可以完成太阳能电池的特性仿真。

参考文献

[1].Rauschenbach H S.Solar cell array design handbook[M].Litton Educa-tional Publishing Inc, USA, 1980.

[2].赵福鑫, 魏彦章, 太阳电池及其应用[M].北京:国防工业出版社, 1985.

[3].苏建徽.硅太阳电池工程用数学模型[J].太阳能学报, 2001 (22) :409-412.

PSIM系统 篇5

光伏发电系统仿真软件主要有MATLAB和PSIM。MATLAB提供多种仿真工具箱,能够清楚了解电路的数学模型并对系统进行各种动态分析,但它无法直接与硬件连接,并且仿真速度和效果受到算法的制约,使用有一定的限制。PSIM软件是近年来推出的一种功能强大、专门针对电力电子和自动控制建模、仿真的专业软件,能够提供友好的用户界面,包含丰富的控制元件库和强大的数学运算模型,可以将其他仿真软件,如MATLAB软件中的元件转化成通用数学模型。与MATLAB软件相比较,仿真算法采用梯形公式积分演算的节点解析法,极大地提高了仿真速度,而且仿真结果的分析处理方式灵活[2];系统模型的功率回路与控制回路分开设计,不会产生像MATLAB软件仿真中的代数环问题。因此,利用PSIM进行电力电子控制系统建模、分析与开发研究已经受到日益广泛的关注[3,4,5]。

在比较上述两种仿真软件建模方法的基础上,本文选用PSIM仿真软件来建立光伏阵列数学模型,考虑实际系统带有的最大功率跟踪MPPT功能,采用基于光伏矩阵物理模型建立相应通用仿真模型,以描述光伏电池特性并模拟外界环境变化。

1 光伏矩阵数学模型

光伏电池I-V特性与太阳辐射强度S和光伏电池温度T有极大关系,即I=f(U,S,T)。采用单结晶硅为材料的光伏电池电路原理如图1所示[6]。图中,Rsh为考虑载流子产生与复合以及沿电池边缘的表面漏电流而设计的等效并联电阻,Rs为扩散顶区的表面电阻、电池体电阻及上下电极之间的电阻等复合后得到的等效串联电阻。由图1可以得出:

式中,I是光伏模块输出电流;IL是光生电流;ID是流过二极管电流;Ish是光伏模块漏电流。

根据电子学理论,由材料物理特性决定的理想二极管太阳能电池I-V特性为:

式中,V是光伏模块输出电压;ID0是二极管反相饱和电流;q是电荷电量;n是二极管性能指数;k是波兹曼常数;TC是太阳能电池温度;T0是绝对零度;T是外界温度。

当太阳能电池处于开路状态时,开路电压

由公式(1)~(4)得:

式中,ISCref是参考日照温度下的短路电流;ht是太阳能电池模块温度系数;TCref是参考条件下的基准温度;Sref是参考条件下的光照强度。

在一定的参数范围内,理想光伏电池等效串联电阻Rs很小,等效并联电阻Rsh很大,一般工程应用中Rsh可忽略不计[7],则公式(5)可简化为:

综合上述推导过程,光伏阵列的数学模型式(6)反映出光伏电池受温度影响,与光照强度成正比,输入电流和输出电压之间呈现明显的非线性特性,因此,可以用该模型模拟外界条件变化对光伏电池特性的影响,能准确地反映物理特性,具有较高的仿真精度。

2 光伏矩阵最大功率跟踪数学模型

光伏阵列在任意太阳辐射强度及环境温度下的功率为:

由极值条件d P/d V=I+V×(d I/d V)=0,得:

利用牛顿迭代法,计算出当|Vk+1-Vk|<ε时,对应最大功率点的电压值Vmax。

式中,Vk+1和Vk分别为V的第k+1次和第k次迭代值;P′(Vk)和P"(Vk)分别是第k次迭代P对V的一阶和二阶导数;ε是迭代精度。

将Vmax代入公式(6)得Imax,于是最大功率Pmax可由下式求得:

3 光伏矩阵仿真通用模型及应用

根据式(6)~(10)及MPPT仿真算法,利用PSIM软件仿真功能设计光伏阵列通用仿真模块。图2是光伏阵列仿真模型内部结构,其中光伏矩阵模型和实时迭代MPPT算法均为PSIM提供的DLL控件采用C语言编程,实时求解任意太阳辐射、环境温度下对应的最大功率点的电压、电流值。算法编写过程设置Switch,系统根据是否带有MPPT输出电流可以是Im或是对应V的实际阵列电流Iout,以便于系统的动态调试、观测。模型子系统中T、S分别为实际环境温度和太阳辐射强度,U+、U-为光伏阵列输出电压,Vm、Im分别为光伏阵列最大功率点电压、电流,内部参数Voc、Isco、Rsh、Rs等可以根据厂家提供的技术数据进行修改。

上述模型是根据电子学理论构建的,能够模拟外界环境温度、光照强度变化对PV电池特性产生影响,参数可以模拟实际光伏电池,同时兼顾MPPT仿真算法,所以该模型具有较高的灵活性和仿真精度。

将带有通用MPPT算法的光伏阵列仿真模块封装后,用于图3所示的单相光伏并网系统的动态仿真。系统输入电源采用上述光伏阵列模块;利用PSIM模型库提供的元器件构成逆变单元,其中PDF.dll控件是采用C语言编写的具有参数自寻优的伪微分结构PDF(Pseudo-Derivative Feedback)的调节器,根据目标函数优化调节器参数,提高响应速度,有效改善系统稳定性、抗扰性[8]。

针对某一光伏电池组件参数:内部串联电阻Rs=0.24Ω,内部并联电阻Rsh=260Ω,二极管系数n=1.11,开路电压Voc=21.0 V,短路电流Isco=2.74 A。在标准温度T=25℃下,不同太阳光辐射强度下光伏系统输出功率变化情况如图4所示。当太阳辐射强度变化时,并网电流能有效跟随太阳辐射强度的变化而变化。在1.30 s、2.00 s时,光照强度分别从1 200 W/m2降低到1 000 W/m2和800 W/m2,此时光伏阵列输出功率为对应光照下最大功率点的输出。

图5为逆变器输出电流随太阳辐射变化情况,当太阳辐射强度减小时,逆变器输出电流随之减小。系统采用参数自寻优PDF调节器,所以电流也能很快跟随光辐射强度的变化而变化,因此动态性能良好。

研究光伏并网发电系统的关键是实时模拟光伏阵列动态特性。光伏阵列特性除了与光伏电池内部参数有关外,还与环境温度、太阳辐射强度等外界因素有关,是一个多变量高非线性的电源。本文根据电子学理论,在一定工程条件下简化处理光伏电池物理模型,结合迭代MPPT仿真算法设计光伏矩阵通用仿真模块应用于单相并网系统。仿真测试表明,该模块能模拟光电池内部物理特性,设计不同光伏阵列,用于跟踪外界环境、太阳辐射强度等变化,为实时动态跟踪最大功率点以及光伏发电系统的研发提供良好平台。

参考文献

[1]赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究[D].合肥:合肥工业大学,2003.

[2]PSIM用户手册[Z].USA:Powersim Inc.,2007.

[3]沈辉.太阳能光伏发电技术[M].北京:化学工业出版社,2005.

[4]赵争鸣.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005.

[5]徐鹏威.几种光伏系统MPPT方法的分析比较及改进[J].电力电子技术,2007,41(5):3-5.

[6]冯垛生.太阳能发电原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2007.

[7]崔容强.并网型太阳能光伏发电系统[M].北京:化学工业出版社,2007.