一种基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法，利用光伏电池仿真模型建立了光伏阵列模型，并以此组建了整个光伏微电网系统模型。为使对DC‑DC部分中太阳能光伏阵列输出功率最大，首先对MPPT原理进行了详细地阐述，最后在MATLAB/Simulink仿真环境下对MPPT控制进行了建模和仿真；为使逆变器的输出功率稳定并且可控，首先对控制技术进行了研究分析，并选定了PQ控制通过验证证明PQ的有效性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于新能源发电
，涉及一种基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法。
技术介绍
光伏发电是解决能源可持续发展的方式之一，目前所使用的光伏发电的方式有独立光伏发电系统和并网光伏发电系统。其中，光伏并网发电系统不仅能够有效利用光能，而且还能灵活控制输出功率以适应用户端的供电需求。因此，使用光伏微电网并网的发电方式更受欢迎。但是，这种发电方式之所以没有大量普及是因为它还存在一些问题，其中最重要是微电网的稳定性问题，包括光伏微电网本身的稳定性和微电网的并网稳定性。有大量没普及是因为它还存在一些问题，其中最重要的是微电网的稳定性问题，包括光伏微电网本身的稳定性和微电网的并网稳定性。
技术实现思路
为了克服现有技术中存在的缺陷，本专利技术提出了一种基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法，该方法利用MATLAB/Simulink模块设计整个光伏微电网(包括光伏电池、升压变换器、逆变器)，其中对升压变换器使用MPPT(Maximum power point tracking，最大功率点跟踪)控制来达到最大功率跟踪(实现有效利用光能的功能)，对逆变器利用PQ控制来控制输出功率(实现灵活控制输出功率的功能)；对整个光伏微电网进行稳定性分析，通过输出功率波形来判断光伏微电网系统的稳定性。其技术方案如下：一种基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法，包括以下步骤：步骤1：光伏发电系统建模及其仿真1.1光伏电池的建模；1.2光伏并网发电系统的主电路模型；1.3基于升压变换器的MPPT控制；步骤2：光伏并网逆变器的建立步骤3：光伏微电网系统的建模及仿真。本专利技术的有益效果为：本专利技术利用光伏电池仿真模型建立了光伏阵列模型，并以此组建了整个光伏微电网系统模型。为使对DC-DC部分中太阳能光伏阵列输出功率最大，首先对MPPT原理进行了详细地阐述，最后在MATLAB/Simulink仿真环境下对MPPT控制进行了建模和仿真；为使逆变器的输出功率稳定并且可控，首先对控制技术进行了研究分析，并选定了PQ控制通过验证证明PQ的有效性。同时通过加入小信号干扰来观察并分析其稳定性，验证了其有效性。附图说明图1为光伏电池U-I特性曲线和P-V特性曲线图，其中，图1a为U-I特性曲线，图1b为P-V特性曲线；图2为光伏并网发电系统整体结构示意图；图3为升压变换器输出功率和占空比的关系；图4为MPPT流程图；图5为升压变换器总图；图6为(k)的仿真结果；图7为I(k)的仿真结果；图8为负载功率的仿真结果；图9为占空比；图10为没有PQ控制的逆变器输出的三相电压波形；图11为在PQ控制下的逆变器输出的三相电压波形；图12为在PQ控制下的逆变器输出的三相电流波形；图13为PQ控制有功功率波形图；图14为PQ控制无功功率波形图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细地说明。1光伏电池的建模太阳能电池的基本特性可以用U-I图来表示，太阳能电池的电流、电压以及两者之间的关系则是通过其他一系列参变量来表示的。在这些参变量中，考虑新疆南疆区域太阳能电池表面的日照强度和电池温度是最为主要的。光伏阵列的输出电压、电流关系式如下：考虑太阳辐射变化和温度影响时，其中：du＝-βdT-Rsdl，dT＝Tc-Tref由以上式建立方程组，可得出光伏阵列的输出特性。式中：A为二极管的理想因子，玻尔兹曼常数k＝1.38×10-23J/K，q＝1.6×10-19C，为电子的电荷量；θ为温度，Rsh和Rs为并联和串联电阻。光伏电池选型参数表1所示。表1光伏电池选型参数从图1U-I特性曲线可以看出，当光伏电池电压增大到一定程度时，电流会随着电压增大而减小。从P-V特性曲线可以看出，光伏电池的输出功率随着电压的增大先上升，后下降，当电压在21V附近时得到最大功率。当光伏电池在运行时受外界环境温度、光照强度等因素的共同影响时，光伏电池的特性将会呈非线性特征，因此数学模型很难精确的表示光伏电池特性。理论上，当光伏电池的输出阻抗和负载阻抗相等时，光伏电池输出功率最大。也就是说，如能通过控制实现对负载阻抗的实时调节，使其跟踪光伏电池的输出阻抗，就可以实现光伏电池的MPPT控制。2光伏并网发电系统的主电路模型光伏微电网的主电路中，除了光伏电池之外，还有用MPPT控制的升压变换器(DC-DC部分)，以及用PQ控制的三相逆变器(DC-AC部分)，这些部分共同组成了能够与大电网并网的光伏微电网。图2为本专利技术所使用的光伏并网发电系统的整体结构示意图，其由光伏电池产生最初的电流，经过升压变换器后输出最大功率，然后经过逆变器将直流转换成三相交流，最后并入电网和电网一起为用户供电(用户端等效为负载RLC)。3基于升压变换器的MPPT控制方法升压变换器电路简单、成本低。在光伏发电系统中，DC-DC变换器的核心为升压变换器，该变换器采用全控型开关管T，在变换器输入端串联一个电感L，近似于电流源电路，输出端并联一个电容C，近似于电压型负载。在升压变换器的电路中，占空比D是可以控制的变量，MPPT能够通过控制变换器开关管的占空比D来改变系统的输出电压或电流大小，从而改变输出功率。在这里，我们可以将升压变换器和负载RL看作是一个阻抗，其阻抗变换关系如下式所示： R ′ = V i I i = V o * ( 1 - D ) I o / ( 1 - D ) = V o I o * ( 1 - D ) 2 = R L * ( 1 - D ) 2 ]]>其中：R为Boost电路等效输入阻抗，D为开关占空比，R为负载阻抗，式中不考虑Boost电路的自身功率损耗。因此，通过不断改变占空比，升压变换器的输出功率也会相应改变，通过对升压变换器的仿真，我们得到了占空比和功率的关系如图3所示。由图3可知，升压变换器的输出功率的确随着占空比的改变而改变。当占空比达到0.73左右时，输出功率最大，为6000W左右。正是升压变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：包括以下步骤：步骤1：光伏发电系统建模及其仿真1.1光伏电池的建模；1.2光伏并网发电系统的主电路模型；1.3基于升压变换器的MPPT控制；步骤2：光伏并网逆变器的建立步骤3：光伏微电网系统的建模及仿真。

【技术特征摘要】
1.一种基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：包括以下步骤：步骤1：光伏发电系统建模及其仿真1.1光伏电池的建模；1.2光伏并网发电系统的主电路模型；1.3基于升压变换器的MPPT控制；步骤2：光伏并网逆变器的建立步骤3：光伏微电网系统的建模及仿真。2.根据权利要求1所述的基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法，其特征在于，步骤1.1中光伏阵列的输出电压、电流关系式如下：考虑太阳辐射变化和温度影响时，其中：du＝-βdT-RsdI，dT＝Tc-Tref由以上式建立方程组，得出光伏阵列的输出特性，式中：A为二极管的理想因子，玻尔兹曼常数k＝1.38×10-23J/K，q＝1.6×10-19C，为电子的电荷量；θ为温度，Rsh和Rs为并联和串联电阻。3.根据权利要求1所述的基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法，其特征在于，步骤1.2中所述主电路模型由光伏电池产生最初的电流，经过升压变换器后输出最大功率，然后经过逆变器将直流转换成三相交流，最后并入电网和电网一起为用户供电，用户端等效为负载RLC。4.根据权利要求1所述的基于MATLAB微电网光伏系统稳定性分析方法，其特征在于，步骤1.3中升压变换器采用全控型开关管T，在变换器输入端串联一个电感L，近似于电流源电路，输出端并联一个电容C，近似于电压型负载；在升压变换器的电路中，占空比D是能控制的变量，MPPT能够通过控制变换器开关管的占空比D来改变系统的输出电压或电流大小，从而改变输出功率，将升压变换器和负载RL看作是一个阻抗，其阻抗变换关系如下式所示： R ′ = V i I i = V o ...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗继东，李建军，王建平，王宪磊，邹梦丽，刘文亮，刘媛杰，刘润泽，
申请(专利权)人：塔里木大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65