基于蓄電池儲(chǔ)能的光伏并網(wǎng)發(fā)電功率平抑控制研究

4 仿真分析

為了驗(yàn)證本文所提出的儲(chǔ)能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)功能，開展了仿真研究。在標(biāo)準(zhǔn)光照和標(biāo)準(zhǔn)溫度下，光伏陣列開路電壓320 V，短路電流20.65 A，最大功率點(diǎn)電壓290.4 V;電網(wǎng)相電壓220 V，頻率50 Hz ;直流母線參考電壓600 V，儲(chǔ)能電池是額定電壓150 V、額定容量150 Ah鉛酸蓄電池。

仿真時(shí)，光照情況如圖7(a)中曲線S所示，在0.6 s時(shí)模擬受云朵的影響光照急劇下降，持續(xù)一段時(shí)間后恢復(fù)正常，在t=0.9 s的時(shí)候光照突然變強(qiáng)，持續(xù)一段時(shí)間后又恢復(fù)到正常值;溫度如圖7(a)中曲線T所示。圖7(b)和7(c)分別是光伏陣列工作端電壓和光伏陣列輸出功率，可見MPPT控制使光伏陣列始終工作在最大功率點(diǎn)電壓290 V附近，在不同光照和溫度下，持續(xù)輸出最大功率。圖7(d)是逆變器輸出的a相電流和電網(wǎng)a相電壓，可以看出逆變器輸出的電流波形正弦度好，幾乎和電網(wǎng)電壓同頻同相，功率因數(shù)為1。

圖8是儲(chǔ)能系統(tǒng)的仿真結(jié)果，溫度和光照情況同上，在t=1.5 s的時(shí)候電網(wǎng)因故障斷開。圖8(a)中，Ppv、Pg和Pb分別是光伏陣列輸出的功率、并網(wǎng)功率和電池的工作功率。溫度和光照的變化導(dǎo)致光伏陣列輸出的功率波動(dòng)較大，但在儲(chǔ)能系統(tǒng)的作用下，并網(wǎng)功率變得平緩、變化率減小，實(shí)現(xiàn)了功率平抑控制。當(dāng)電網(wǎng)故障斷開時(shí)，光伏陣列仍能繼續(xù)發(fā)電，提高了系統(tǒng)的發(fā)電效率。圖8(b)為電池工作電流，正值表示放電，負(fù)值表示充電，隨著光伏陣列發(fā)出功率的變化，電池能快速地改變工作電流，配合功率平抑控制對(duì)能量予以管理。圖8(c)是直流母線電壓，即使在電網(wǎng)故障切除時(shí)，直流母線電壓也能控制在600 V左右。

5 實(shí)驗(yàn)分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)驗(yàn)證儲(chǔ)能系統(tǒng)的功率平抑控制功能。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)由雙級(jí)式光伏并網(wǎng)逆變器和雙向DC/DC變換器構(gòu)成，儲(chǔ)能單元由4個(gè)鉛酸蓄電池串聯(lián)組成，單只額定電壓12 V、額定容量100 Ah。光伏電池由電壓可調(diào)的直流電源模擬，通過(guò)調(diào)節(jié)直流電源的輸出電壓，模擬光伏陣列運(yùn)行點(diǎn)的變化及輸出功率的波動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖9，其中，圖9(a)展示了直流電源模擬的光伏陣列功率、并網(wǎng)逆變器輸出功率和電池工作功率，分別用符號(hào)Ppv、Pg和Pb表示;圖9(b)是蓄電池的工作電流，正值表示充電，負(fù)值表示放電;圖9(c)是逆變器輸出的電流?？梢姡孀兤鬏斔偷诫娋W(wǎng)的功率得到了有效的平抑，變化率得到了控制，隨著光伏陣列輸出功率的波動(dòng)，雙向DC/DC變換器能快速地調(diào)整蓄電池能量的流動(dòng)。

6 結(jié)論

提出的儲(chǔ)能型光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，有效解決了光伏功率波動(dòng)的問(wèn)題。系統(tǒng)不僅實(shí)現(xiàn)了最大功率跟蹤和并網(wǎng)發(fā)電，而且通過(guò)功率平抑控制，有效地穩(wěn)定了并網(wǎng)功率。當(dāng)電網(wǎng)故障斷開時(shí)，光伏陣列仍然可以發(fā)電，將能量存儲(chǔ)于電池，提高了系統(tǒng)效率。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了本文所提系統(tǒng)的可行性和優(yōu)良性能。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙爭(zhēng)鳴，劉建政，孫曉瑛，等. 太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2005： 1-9.

[2] 吳玉蓉，張國(guó)琴.基于DSP控制的單相光伏并網(wǎng)逆變系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].繼電器，2008， 36(4)： 51-56.

[3] 李煒，朱新堅(jiān). 光伏系統(tǒng)最大功率點(diǎn)跟蹤控制仿真模型[J]. 計(jì)算機(jī)仿真，2006，23(6)：239-249.

[4] Kim T-Y，Ahn H G，Park S K，et al. A novel maximum power point tracking control for photovoltaic power system under rapidly changing solar radiation[C]. // IEEE International Symposium on Industrial Electronics，June 12- June 16，2001，Korea (Pusan)： 2001：1011-1014.

[5] 孫自勇，宇航，嚴(yán)干貴，等.基于PSCAD的光伏陣列和MPPT控制器的仿真模型[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(19)：61-64.

[6] Gokhale Kalyan P，Kawamura Atsuo，Hoft Richard G. Deadbeat microprocessor control of PWM inverter for sinusoidal output waveform synthesis[C]. // IEEE Power Electronics Council，New York(USA);ESA，Paris，F(xiàn)r. PESC Record-IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference： 1985： 28-36.

[7] 戴訓(xùn)江，晁勤.單相光伏并網(wǎng)逆變器固定滯環(huán)的電流控制[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(20)： 12-17.

[8] 周德佳，趙爭(zhēng)鳴，袁立強(qiáng)，等. 基于同步矢量電流比例-積分控制器的光伏并網(wǎng)系統(tǒng)[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，49(01)：33-36.

[9] Senjyu Tomonobu，Datta Manoj，Yona Atsushi Kim. A control method for small utility connected large PV system to reduce frequency deviation using a minimal-order observer[J]. IEEE Trans Energy Covers，2009，24(2)：520-528.

[10] 杜朝波，盧勇，嚴(yán)玉廷. 并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行特性分析[J]. 云南電力技術(shù)，2009，37(3)：6-8.

[11] Hussein K H，Muta I，Hoshino T，et al. Maximum photovoltaic power tracking：an algorithm for rapidly changing atmospheric conditions[J]. IEE Proceedings Generation，Transmission and Distribution，1995，142(1)：59-64.

[12] 張凌. 單相光伏并網(wǎng)逆變器的研制[D]. 北京：北京交通大學(xué)，2007.

[13] Bose B K. Modern power electronics and AC drives[M]. Beijing： China Machine Press，2005： 151-217.

[14] 許海平，孫昌富，馬鋼，等. 基于DSP的燃料電池車用雙向DC-DC變換器的研究[J]. 電氣自動(dòng)化，2004，26(3)：33-35.