主要内容

100千瓦并网光伏阵列详细模型

开放模式

这个例子展示了一个通过DC-DC升压变换器和三相三电平VSC连接到25kv电网的100kw阵列的详细模型。

Pierre Giroux, Gilbert Sybille (Hydro-Quebec, IREQ) Carlos Osorio, Shripad Chandrachood (The MathWorks)

描述

100kw光伏阵列通过DC-DC升压变换器和三相三电平电压源变换器(VSC)连接到25kv电网。最大功率点跟踪(MPPT)是通过使用“增量电导+积分调节器”技术的Simulink®模型在升压转换器中实现的。

另一个例子(参见power_PVarray_grid_avg模型)使用DC_DC和VSC转换器的平均模型。在这个平均模型中，MPPT控制器是基于“摄动和观察”技术。

详细模型包含以下组件:

  • 光伏阵列在1,000 W/m^2太阳辐照度下，可提供最高100 kW的功率。

  • 5 khz DC-DC升压变换器从PV自然电压(最大功率时273 V DC)增加到500 V DC。开关占空比通过使用“增量电导+积分调节器”技术的MPPT控制器进行优化。该MPPT系统自动改变占空比，以产生所需电压提取最大功率。

  • 1980-Hz三电平三相VSC．VSC将500v直流链路电压转换为260v交流，并保持统一的功率因数。VSC控制系统采用两个控制回路:外部控制回路调节直流链路电压到+/- 250v，内部控制回路调节Id和Iq电网电流(有功和无功电流组件)。Id电流参考是外部控制器输出的直流电压。Iq电流参考值设为零，以保持单位功率因数。电流控制器的Vd和Vq电压输出转换为三个调制信号Uabc_ref供PWM发生器使用。控制系统对电压和电流控制器以及锁相环同步单元使用100微秒的采样时间。Boost和VSC转换器的脉冲发生器使用1微秒的快速采样时间，以获得合适的PWM波形分辨率。

  • 10-kvar电容器银行VSC产生的滤波谐波。

  • 100kva 260V/25kV三相耦合变压器．

  • 公用电网(25kv配电馈线+ 120kv当量输电系统)。

100kw光伏阵列采用330 SunPower模块(sp - 305e - wh - d)。该阵列由66串5串联模块组成，并联连接(66*5*305.2 W= 100.7 kW)。

PV Array块的'Module'参数可让你在NREL系统顾问模型的各种阵列类型中进行选择(https://sam.nrel.gov/）.

其中一个模块的制造商规格如下:

  • 串联单元数:96

  • 开路电压:Voc= 64.2 V

  • 短路电流:Isc = 5.96 A

  • 最大功率时电压和电流:Vmp =54.7 V, Imp= 5.58 A

PV阵列块菜单允许您绘制一个模块和整个阵列的I-V和P-V特性。

PV阵列块有两个输入，允许您改变太阳辐照度(输入1 W/m^2)和温度(输入2摄氏度)。辐照度和温度分布由连接到PV阵列输入的信号生成器块定义。

模拟

运行模型并观察scope上的以下事件序列。

模拟从标准测试条件(25℃，1000 W/m^2)开始。

从t=0秒到t= 0.05秒，脉冲到Boost和VSC转换器被阻塞。PV电压对应开路电压(Nser*Voc=5*64.2=321 V，见PV scope上Vmean trace)。三电平电桥作为二极管整流器和直流链接电容充电超过500 V(见VSC范围上的Vmean trace)。

在t=0.05秒时，Boost和VSC转换器被解除阻塞。直流链路电压调节在Vdc=500V。升压变换器的占空比是固定的(PV scope上显示D= 0.5)。

在t=0.25秒时达到稳态。因此产生的PV电压V_PV = (1-D)*Vdc= (1-0.5)*500=250 V(见PV范围上的Vmean trace)。PV阵列输出功率为96 kW(见PV scope上的Pmean trace)，而1000w /m^2辐照度下指定的最大功率为100.7 kW。在范围电网上观察25kv母线上的A相电压与电流相(单位功率因数)。在t=0.4秒时，启用MPPT。MPPT稳压器通过改变占空比开始调节PV电压，以提取最大功率。当占空比D=0.454时，可获得最大功率100.4 kW。

在t=0.6秒时，PV阵列平均电压=274 V，根据PV模块规格(Nser*Vmp=5*54.7= 273.5 V)。

从t=0.6秒到t=1.1秒，太阳辐照度从1000 W/m^2下降到250 W/m^2。MPPT继续跟踪最大功率。

在t=1.2秒时，当辐照度下降到250 W/m^2时，占空比D=0.461。对应的PV电压和功率为Vmean= 268v, Pmean=24.3 kW。注意，在这个快速的辐照度变化期间，MMPT继续跟踪最大功率。

从t=1.2秒到t=2.5秒，将太阳辐照度恢复到1000 W/m^2，然后将温度提高到50摄氏度，以观察温度升高的影响。需要注意的是，当温度从25℃升高到50℃时，阵列输出功率从100.7 kW下降到93 kW。

参考文献

关于各种MPPT技巧的详细信息，请参考以下文章:

Moacyr A. G. de Brito, Leonardo P. Sampaio, Luigi G. Jr, Guilherme A. e Melo, Carlos A. Canesin，“光伏应用中MPPT技术的比较分析”，2011年国际清洁电力会议(ICCEP)。

模块特征提取自NREL系统顾问模型(https://sam.nrel.gov/）.

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