单相光伏发电系统的并网控制仿真

Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 2 cycles 400 200 0 -200 -400 0 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 0.06
Mag
Fundamental (50Hz) = 311.5 , THD= 111.72%
单相光伏发电系统的并网控制仿真
专 学 姓 业：热能与动力工程 号：0000000 名：0000000
目
录
1 课题选择的意义 2 单相并网系统 3 逆变器控制
4 系统仿真及结果分析 5 总结
1 课题选择的意义
(1) 人类对能源的需求不断增加 (2) 不可再生能源储量的减少 (3) 一切能量都来自于太阳 (4) 光伏并网发电最典型、最实用 逆变器是光伏并网发电系统的核心，是太阳能电池阵列发 电单元与公共电网之间能量传输的的连接纽带。因此，逆变器 的研究对提高光伏并网发电效率具有举足轻重的作用。
0.85
>=
<
-1
单极性SPWM控制原理Simulink建模
单极性SPWM控制原理仿真波形
单极性SPWM方式下的单相全桥逆变电路仿真模型如下图所示：
Discrete , Ts = 1e-005 s powergui
0.85 Constant
>= 0 C1 Product 0 C2 >= V1 R1 > V2 R3 Switch R5 R2 Scope 2 <=
滞环控制并网系统仿真结果
并网电流几乎接近正弦波，幅值将近为 滞环控制并网系统仿真结果 10A，逆变器的输出电压波纹间隙非常小， 系统实现了功率因数为1的运行。
Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 2 cycles 10
0
-10 0 0.01 0.02 0.03 Time (s) 0.04 0.05 0.06
Sine Wave
<= V3 R4 <
Switch 1
4 Multimeter
Scope 3
2 Multimeter1
V4
R6
i + Current Measurement 400V
Scope 1
+ -
g A B
RL
Universal Bridge
单极性SPWM逆变电路Simulink建模
单相并网逆变器中各功率开关 IGBT的栅极信号ug1～ug4波形图
Fundamental (50Hz) = 340.2 , THD= 70.92%
Mag (% of Fundamental)
20
30 200.05 10
0.06
0.04
Fundamental (50Hz) = 18.27 , THD= 3.81%
Mag (% of Fundamental)
2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 200 400 60变器的输出电流的幅值为9.946A；同时在 最高分析频率为1000Hz时的并网逆变器输出电流 谐波失真THD=3.73%，符合逆变器输出电流波形 畸变率小于的并网要求。
Fundamental (50Hz) = 9.946 , THD= 3.73% 0.012 0.01 0.008 0.006 0.004 0.002 0 0 200 400 600 Frequency (Hz) 800 1000
uG1
V1 D₁ L R
V₂
D₂
O
uG4
O
t t t t
Ud
V4
u0
V3
D4 D3
uG2
O
信号波 载波
ur u0
调制 电路
uG3
O
单相桥式PWM逆变电路
各开关管的通断状态
u
uC
ug
控制V2和V3通断的方法如图所示，调制信号ug 为正弦波，载波 uc为不对称三角波。在ug 和 uc的交
O
ωt
点时刻控制IGBT的通断。当ug>0且ug>uc时， uo=Ud； ug<uc时，uo=0。当ug<0且ug<uc时， uo=-Ud；ug>uc u 时，uo=0；这样就得到了SPWM波形uo 。图中uof为uo U 中的基波分量。
0
0.01
0.02
0.03 Time (s)
0.04
0.05
0.06
0
0.01
0.02
0.03 Time (s)
0.04
0.05
0.06
Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 2 cycles 10 0 -10 0 0.01 0.02 0.03 Time (s)
0
u0
d
u0f
O
ωt
-Ud
单极性PWM控制方式波形
ug
单极性SPWM逆变电路波形
O
uC
Ugm Ucm
t
Ucm
(а )
电路有三种工作模式：
u0
u0
Ud
2D模式、1D1V模式、 2V模式
O
t
(b)
TC
Ud
u01
电路的四个工作时区：
D1连续导电区A V1连续导电区B
T
i0
O
ωt
(c)
Φ
iβ
Φ
Φ
Id O
ωt
单相全桥逆变电路的仿真输出波形
IGBT的栅极信号
仿真结果输出波形
Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 2 cycles 400 200 0 -200 -400
Selected signal: 3 cycles. FFT window (in red): 2 cycles 400 200 0 -200 -400
0
0
200
400 600 Frequency (Hz)
800
1000
输出电压的频谱分析 17次和19次谐波比较严重，幅值 分别为基波的33.69%和33.71%。
输出电压的频谱分析
800 1000
基波幅值约为340V，最高 输出电流的频谱分析 分析频率为1000时的谐波 由于负载上感性负载的滤波作用，负载上交流电流的谐波失真THD为 3.81% 。 达到70.92%。 失真 THD
在最高分析频率为 1000Hz 时的并 网逆变器输出电压谐波失真THD达 到了111.72%，其幅值为311.5V。
0.15
Mag
0.1
0.05
0
0
200
400 600 Frequency (Hz)
800
1000
5 总结
1 仿真结果表明各种建模是正确的 2 傅里叶分析验证了仿真数据的合理性 3 设计的单相光伏并网模型在理论上实现了并网 4 论文整体建模设计合理
(d)
D4连续导电区C V4连续导电区D
V
ug3 O ug2 O ug1
(e)
Ugm
O ug4 O
D
1 2 3 4 1 2 3 4
A B C D A B
(f)
4 仿真分析
单极性SPWM仿真及分析 利用MATLAB软件搭建的单极性SPWM控制原理模型图如图所示。
Continuous powergui
单相光伏并网模型如图所示
Relay
Discrete , Ts = 5e-005 s. powergui
Sine Wave Relay 1
g + A + i -
400V
-
C
B
L
Scope 1
Universal Bridge
AC 220V
+ - v
V1
Scope
+ - v
V
单相光伏并网模型Simulink建模
2 光伏并网发电系统
不可调度式光伏并网发电系统主要 由太阳能电池阵列与逆变系统组成:
太阳能电池阵列 DC/DC 升压电路 DC/AC 逆变系统
市电
主配电开关
负载
可调度式光伏并网发电系统主要由太阳 能电池阵列、直流变换系统、储能部分、
蓄电池组
市电
逆变系统等组成:
直流变换器 / 充放电控制
太阳能电池阵列 重要负载
逆变系统 DC/AC 主配电开关
重要负载配电开关 一般负载
3 逆变器控制
图示单相桥式PWM逆变电路，工作时V1和V4的通断状态互补，V2和V3也互补。 由于电感电流比电压滞后，电流有正有负。在电压正半周，开通V1关断V4， V2 和V3交替通断，不管io>0还是io<0， uo总有Ud和0两种电平。同样在uo的负半轴， uo总有-Ud和0两种电平。