主要内容

100kw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25 kv电网的100 kw阵列的详细模型。

Pierre Giroux, Gilbert Sybille(魁北克水电，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)为DC_DC和VSC转换器使用平均模型。在这个平均模型中，MPPT控制器是基于“扰动和观察”技术。

详细的模型包含以下组件:

  • 光伏阵列在1000 W/m^2的太阳辐照度下，最大输出100 kW。

  • 5千赫DC-DC升压转换器将电压从PV自然电压(最大功率时273v DC)增加到500v DC。开关占空比由MPPT控制器优化，该控制器使用“增量电导+积分调节器”技术。该MPPT系统自动改变占空比，以产生所需的电压，以提取最大功率。

  • 1980-Hz三电平三相VSC．VSC将500v DC链路电压转换为260v AC，并保持统一的功率因数。VSC控制系统使用两个控制回路: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(有功电流和无功电流组件)。Id电流基准是外部控制器输出的直流电压。智商电流参考设置为零，以保持统一功率因数。电流控制器的Vd和Vq电压输出被转换为三个调制信号Uabc_ref，供PWM发生器使用。该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，以获得适当的PWM波形分辨率。

  • 10-kvar电容器组滤波VSC产生的谐波。

  • 100kva 260V/25kV三相耦合变压器．

  • 公用电网(25kv配电馈线+ 120kv等效输电系统)。

100千瓦光伏阵列使用330个SunPower模块(SPR-305E-WHT-D)。该阵列由66串5个串联模块并联组成(66*5*305.2 W= 100.7 kW)。

PV Array块的“Module”参数允许您在NREL系统顾问模型的各种阵列类型中进行选择(https://sam.nrel.gov/）.

一个模块的厂商规格为:

  • 串联单元数:96

  • 开路电压:Voc= 64.2 V

  • 短路电流:Isc = 5.96 A

  • 最大功率电压电流: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特征。

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℃)。辐照度和温度分布由连接到PV阵列输入的信号构建器块定义。

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，Boost和VSC转换器的脉冲被阻塞。PV电压对应开路电压(Nser*Voc=5*64.2=321 V，见PV量程上的Vmean迹)。三电平桥作为二极管整流器和直流链路电容器充电超过500v(见VSC范围上的Vmean迹线)。

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。升压变换器占空比是固定的(如PV范围所示D= 0.5)。

在t=0.25秒时达到稳态。因此得到的PV电压为V_PV = (1-D)*Vdc= (1-0.5)*500= 250v(见PV作用域上的Vmean迹线)。PV阵列输出功率为96 kW(见PV范围上的Pmean trace)，而指定的最大功率为1000w /m^2辐照度为100.7 kW。在范围电网上观察25kv母线上A相电压和电流是同相的(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。占空比D=0.454时，最大功率为100.4 kW。

在t=0.6秒时，PV阵列平均电压=274 V，符合PV组件规格(Nser*Vmp=5*54.7= 273.5 V)的预期。

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电压和功率分别为Vmean= 268 V和Pmean=24.3 kW。请注意，MMPT在这个快速的辐照度变化期间继续跟踪最大功率。

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

参考文献

关于MPPT的各种技巧，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 System Advisor模型(https://sam.nrel.gov/）.

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