500W屋顶太阳能光伏独立供电系统的设计与仿真

AbstractInrecentyears,energyissueshavebeenreceivingincreasingattention.Withthedevelopmentoftheglobaleconomy,traditionalenergysourceshavegraduallybecomeinsufficienttomeetthedemandsofdevelopment.Peopleareseekingbetteranswersinthefieldofenergy.Newenergysources,representedbywindpowerandphotovoltaicpowergeneration,havegainedmoreprominence.However,newenergygenerationisalsoinfluencedbyfactorssuchasmethods,seasons,andgeographicallocations.Therefore,combiningrooftopswithphotovoltaicpowergenerationhasbecomeakeydesignsolutionthatcombinesrationalresourceutilizationandexcellenteconomicbenefits.Thisdesignprimarilycombinessystematicmodelingresearchandoperationalcontrolresearchtoanalyzetherationalityofphotovoltaicsystemdesign.ItproposesaphotovoltaicpowersupplysystemthatcanachievethedesigngoalsunderpracticalconditionsandutilizesMATLABsoftwareforsimulation.Whentherearechangesinlightintensity,thesystemcanquicklyrespondandtrackthemaximumpowerpoint,maintainstableDCbusvoltage,andensurethatthegeneratedvoltageandcurrentareincompliancewithgridconnectionrequirements.Thedesign'scontrolstrategyandresultsarevalidated.Thissystemhaspositivesignificanceforimprovingtheutilizationofrenewableenergyandvalidatingtheadvantagesofphotovoltaicpowergeneration.Itdemonstratesthefeasibilityofrooftopsolarpowergeneration,savesoperationalcosts,andgeneratesfavorableeconomicbenefits.KeyWords：Grid-connectedRoofPhotovoltaicDesign;SimulationVerification;economicbenefits-III-目录TOC\o"1-3"\h\u25458摘要 I21197Abstract II22087第一章引言 1258981.1设计背景及意义 17051.2国内外研究现状 2192231.3设计目标 412361第二章设计方案 5249622.1工作模块原理 5307842.1.1研究的总体结构 5307842.1.2核心控制器 5307842.1.3DC-DC变换器 6307842.1.4光伏阵列 7307842.1.5逆变器 7307842.1.6MATLAB仿真分析 8249622.2基本原理基础 8265772.2.1光伏发电原理 8307842.2.2光伏发电系统基本工作原理 9307842.2.3MPPT基本原理 9307842.3方案对比 9307842.3.1最大功率跟踪控制模型 9307842.3.2逆变器电路 1012361第三章光伏独立供电系统设计与建模 1245753.1光伏电池仿真模型 12161273.1.1模型搭建 12136053.1.2光伏电池输出特性仿真结果 12165293.2电路部分建模 14249383.2.1光伏系统电路建模 14203423.2.2光伏电池模块 15307843.2.3DC-DC电路模块 16307843.2.4DC-AC电路模块 18307843.2.5电网建模 20307843.3电路控制部分建模 21307843.3.1光伏电池MPPT控制 21307843.3.2PWM调制模型 22307843.3.3SPWM调制模型 241468第四章结果分析 26192234.1系统仿真及结果分析 26307844.1.1仿真与调试 26307844.1.2计算分析 29179664.2经济收益粗略分析及总结 3110337致谢 3310388参考文献 35–PAGE24––PAGE25–第一章引言1.1设计背景及意义近些年来，随着我国经济发展能源问题越来越受到重视。环境污染和能源紧缺成为能源最大问题[1]，全球能源结构也发生了重大变化。世界各国均在推动绿色能源的有效利用，并最终成功替代传统矿产能源。由于部分特殊地区受地域条件限制，传统能源进行发电成本过高且对一定范围内生态环境影响严重[2]。所以绿色能源的有效利用十分必要且迫在眉睫。全球可再生能源多种多样，包括但不限于水能、太阳能、风能、潮汐能能、地热能等[3]。其中生物质能、水能，尽管相对比较平稳，但受到季节性的制约。风力发电和太阳能发电各个区域的状况不尽相同，随机性很强。地热能和潮汐能则在地理上存在较大的限制[4]。由此可以看出绿色能源的利用需要多方面考量。在各式各类新能源中备受瞩目的太阳能具有多种优势，其污染较小，资源总量最丰富。中国拥有丰富的太阳能资源，具有较好的可开发利用价值。中国拥有十分丰富的建筑屋顶资源，是开发屋顶光伏发电的理想选择。近些年国家也提倡绿色建筑以及对相关政策的大力支持。太阳能光伏前景广阔。屋顶光伏系统大多无需额外用地，可以解决传统发电土地问题和环境问题；经济成本低，安装简单发电容量可以自主随意控制；充分体现“自发自用、余电入网”的特性，国家也在政策上拥有相应电价补偿。尽管太阳能行业具有显著的技术优势，但其使用仍存在一些局限性。由于依赖自然光照，光照时间、角度和强度均会受环境因素影响而变化[8]，这限制了其发电效率和稳定性。本设计旨在针对屋顶太阳能光伏独立供电系统进行设计与仿真，以提升可再生能源的利用率，并验证光伏发电的优越性。这项工作对于推动可再生能源的广泛应用及实现可持续发展具有重要意义。通过设计与仿真，我们可以更深入地了解系统性能，优化系统配置，为实际应用提供可靠支持。1.2国内外研究现状截至现在美国、日本、欧洲和中国都早已开展了光伏发电方面的研究并取得不错成绩。欧美各国在发展初期因为光伏发电能源利用率一直不理想，太阳能发电成本高昂，相比传统发电并没有优势，所以并未大量应用。但是形成了技术积累、行业底蕴，也为将来成为领先国家打好了基础。1990年前后，随着技术的不断完善，在一些技术难点得到攻克，光伏发电行业高速发展，随着领先国家相继制定相关政策，将太阳能行业推向一个全新的高度[9]。日本是全球第二大太阳能发电国家，因为日本土地十分紧张所以太阳能光伏发电等新能源发电方式在日本占有很高的比重。日本政府通过出台政策扶持措施，鼓励居民和企业安装太阳能发电系统，并提供财政支持和激励措施。政策措施有效地促进了日本太阳能发电系统的长足进步，太阳能发电系统早已形成了一个完整的发展系统[10]。德国是一个在太阳能屋顶发电方面具备专业完整产业过程的国家。德国工程师在国内地位较高，他们在太阳能发电产业中不断进行革新，使其能够得到有效的发展。德国已经具备了太阳能发电产业的完整链条，从太阳能电池的研发制造到系统的设计安装，形成了一个完整的产业过程。这使得德国成为全球太阳能发电领域的领导者之一。美国在成本控制方面取得重大突破，已将成本降低50%。提高了光伏发电相比于传统发电的市场价格优势。近年来已经实现了自动安装电池组件，大量减少工作量。极大地提高光伏器件的安装效率。工作效率高加上价格低廉使其竞争力大大提升。我国的技术研发起步较晚，但随着我国大力发展可再生能源，光伏发电技术在我国的各个科研单位受到了高度重视[11]。自2010年以来，我国光伏发电总量已经处于国际领先地位。这是因为光伏发电技术具有巨大的发展潜力和重要的应用前景。随着国内的发展，光伏发电技术将成为大电网的一种重要辅助手段，具有多种优势。首先，光伏发电技术可以高效利用清洁能源，减少对传统能源的依赖，降低碳排放，有助于改善环境质量和应对气候变化。我国作为全球最大的温室气体排放国家之一，积极发展光伏发电技术对于减缓气候变化、保护生态环境具有重要意义。其次，光伏发电系统可以作为紧急情况下的备用能源，以满足不同负荷需求的不间断要求。这对于电力系统的可靠性和抗灾救灾能力具有重要意义[12]。自然灾害、事故或其他突发事件可能导致传统能源供应中断或故障，给人们的生活和社会运行带来严重影响。在这些情况下，光伏发电系统可以提供可靠的备用电力，保障关键设施和生活用电的正常运行。光伏发电系统的独立性和分布式特点使其能够在紧急情况下快速响应，为社会提供稳定的电力供应。此外，光伏发电技术的发展也促进了电网结构的优化和新能源系统的接入。随着光伏发电系统的规模扩大，电网的结构需要进行相应调整和优化[13]，以适应新能源的接入和管理。传统的中央化电网结构面临着新能源波动性和间歇性的挑战，而光伏发电系统的分布式特点可以更好地适应这种情况。通过将光伏发电系统与现有电网相连接，可以实现清洁能源的大规模利用，并平衡供需关系。此外，光伏发电系统还可以与其他可再生能源系统相结合，如风能发电、水能发电等，形成多能源互补的电力系统，提高能源利用效率。为了推动光伏发电技术的发展，我国政府出台了一系列政策措施，以促进技术研发、推广应用和产业发展。首先，政府加大对光伏发电技术研发的支持力度，鼓励科研机构和研发企业加强合作，力求在关键技术上取得更快的突破。同时，政府也会提供相应的财政支持和激励措施。，包括补贴和税收减免等，降低光伏发电系统的成本，提高市场竞争力。同时，政府还制定了标准和规范，加强光伏发电系统的监管和管理，确保其安全可靠运行。推动绿色、低碳技术发展，减少煤炭发电的环境负担，促进环保节能事业发展[14]。在技术研发方面，我国的科研单位和高校积极开展光伏技术的研究。他们致力于降低材料成本、提高系统的可靠性和稳定性。同时，他们还研究光伏发电系统的智能化控制技术，提高系统的运行效率和响应能力。此外，为满足不同场景下的需求，对光伏发电系统的并网和离网运行方式进行研究。同时，研究蓄电池和超级电容储能电池的充放电技术[15]，以提高光伏发电系统的储能能力和供电可靠性。文献[16]中提到的基于MPPT的神经网络算法，尽管能有效解决最大功率点搜寻过程中的反复游荡问题，但运算时间较长，且光伏电池在不同工作条件下可能导致最大功率追踪效率降低，无法实时响应外界变化。而文献[17]中解决了MPPT技术的搜寻步长问题，但在确定搜索方向时存在判断困难，所以导致较大误差。文献[18-19]提出利用蓄电池与电容相结合的方式，解决发电中发电与需求功率之间的偏差问题，有效应对光伏发电与负荷电力需求的波动。文献[20]则进一步研究了蓄电池与光伏发电系统并网的功率补偿，深入探讨了能量管理与调控。在20世纪初，全球光伏装机量的增长主要集中在欧洲国家，如德国和意大利，而中国在这一时期的光伏电站装机规模增长相对缓慢。然而，近十年来中国及亚洲其他国家光伏装机规模快速增长。特别是在2013年至2021年期间，已经成为世界规模增长的主力军。至2021年底，国内光伏发电累计装机容量已达到306.56GW。在“十四五”期间，国家发改委、国家能源局和财政部等部门相继发布了相关能源产业规划，如《“十四五”现代能源体系规划》和《“十四五”可再生能源发展规划》。这些规划明确提出了到2025年，可再生能源年发电量将达到约3.3万亿千瓦时的目标。1.3设计目标本设计主要对屋顶光伏发电系统进行建模仿真分析。包含光伏系统的设计、电路的选择、相应控制策略算法的研究、相关电路的仿真等多个关键部分。首先进行资料查询分析光伏并网供电系统工作原理、分析并选择相应电路模块。其次利用MATLAB/Simulink功能仿真搭建出对应仿真模型、设置参数进行仿真，分析模型可靠性和正确性、当光照强度发生变化，系统能够迅速响应并追踪最大功率点、直流母线电压能够保持稳定、产生的电压电流同向，符合并网要求。最后验证本设计控制策略和结果达到效果。–PAGE24––PAGE25–第二章设计方案2.1工作模块原理2.1.1研究的总体结构本设计对太阳能并网混合储能发电系统进行了详尽的阐述。屋顶光伏发电储能并网系统主要由光伏电池阵列、蓄电池组、DC/DC变换器、DC/AC逆变器、控制器以及直流和交流负载等模块构成。这些组件共同协作，实现了高效的太阳能发电和并网功能。图1总体系统图2.1.2核心控制器选择MPPT太阳能控制器，该控制器旨在最大化太阳能电池板的输出功率，能实时调控蓄电池的最大输出。同时，它还能根据负载和蓄电池电压的变化，将各个参数显示出来。灵活调整蓄电池的充放电状态，确保系统稳定运行。市面上实物及参数表如图2、图3所示。图2SY-100A太阳能控制器图3SY-100A太阳能控制器实物参数表2.1.3DC-DC变换器图4展示了DC/DC变换器的原理图。图中，Us代表蓄电池或电容器组的端口电压；RE为储能等效内阻；iL表示储能系统的充放电电流，它通过电感L流动。Udc则是电容高压侧的电压，即直流母线两端的电压。开关管T1、T2的占空比为D0、D1。DC-DC变换器实现了直流升压。图4DC-DC变换器2.1.4光伏阵列本设计选用市面上常见的单晶硅为300Wp的光伏板，通过串并的方式达到设计所要求的输出功率。即功率265W输出电压为36V。该光伏板参数如下表1所示：表1单晶硅电能参数表参数名称相关参数值峰值功率（Wp）300最佳工作电流（A）9.23最佳工作电压（V）32.5短路电流（A）9.82开路电压（V）38.2最大系统电压（VDC）1000组件效率（%）18.3峰值功率温度系数（%/℃）-0.40开路电压温度系数（%/℃）-0.29短路电流温度系数（%/℃）0.04组件尺寸（mm）1650×992×35重量（kg）18.1温度范围（℃）荷载能力（Pa）-40~+85风载荷2400、雪载荷54002.1.5逆变器太阳能阵列在给负载供电前，需要将直流电能转换为交流电能，全桥太阳能逆变器电路如图5所示。其具体的工作原理为太阳能电池经过升压部分升压后作为逆变电路的输入电源。在逆变电路的四个IGBT中，两个位于直流电源的正级，两个位于负级。通过一定的控制策略，交替地打开和关闭这些IGBT，使其形成一个类似于桥的结构。当开关器件开启时，直流电源的电流将流向负载。当IGBT关闭时，负载的电流将反向回流到电源。利用IGBT的开关动作可以将直流电源的电流方向逆转，从而实现电源的极性反转和交流输出。通过处理后传输进入电网。图5逆变器电路图2.1.6MATLAB仿真分析本次设计，将利用Matlab/Simulink进行电路参数模拟，建立电网电压定向的网络拓扑结构。进行MATLAB仿真，进行验证：选择MATLAB软件在Simulink中仿真是光伏发电系统进行验证的重要工具。本次设计主要选用PVModule（光伏电池）模块、升压电路模块、UniversalBridge（逆变器）模块、PWM模块、滤波器模块等实现建模。通过建立系统，并在Simulink中进行仿真。可以对系统的工作状态、性能和稳定性进行全面的评估和验证。表2Matlab仿真参数参数名称值参数名称值开路电压/V80Boost升压电路L1/H100e－3短路电流/A14.8直流母线电压udc/V350最大功率点电压/V最大功率点电流/ABoost升压电路c1/FBoost升压电路c2/F7513.5100e－6300e－6并网电压最大值usm/V逆变器滤波电阻R/Ω逆变器滤波电感L/H并网频率f/Hz3110.013e－3502.2基本原理基础2.2.1光伏发电原理光伏发电原理的基础是光伏效应，能将太阳辐射能直接转化为电能。光伏效应是指电子从金属表面逸出的现象。光子（太阳光）照射到材料上（例如硅）上时其中的电子吸收到足够能量从表面上溢出。形成自由电子和空穴。在电势差的作用下形成电流。2.2.2光伏发电系统基本工作原理太阳光照射到光伏阵列，光伏阵列产生电流。光伏阵列产生的电流流进DC-DC变换器中进行升压。升压后的电流流入控制器，由控制器分配进入蓄电池或者进入下一个DC-AC逆变器。要将产生的直流电转换为交流电以满足用电需求，控制器会引导直流电进入DC-AC逆变器。经过逆变器的处理，直流电成功转化为交流电，进而可供交流负载使用或并入电网。这即为光伏发电系统的基本工作原理。2.2.3MPPT基本原理对于仅有电压源和外接负载组成的简单回路，由最大功率传输定理可知只要负载与电源内阻匹配负载就能得到最大功率。但是戴维南定理只适用于线性电路。光伏电池为非线性系统，由上文推理可知寻找最大功率依旧是需要寻找负载和电源内阻相匹配。只是要调整负载适应电源内阻的变化。MPPT控制一般是通过DC变换电路来完成的，光伏电池阵列与负载通过DC电路连接，最大功率追踪装置不断检测光伏阵列的电流电压变化，并根据其变化对PWM驱动信号占空比进行调节。2.3方案对比2.3.1最大功率跟踪控制模型PWM模型PWM脉宽调制模块，如图9所示，其核心功能在于利用MPPT输出信号驱动DC-DC开关。该模块内，“RepeatingSequence”生成三角波，并与MPPT信号进行比对，其比较结果作为“Switch”的输入信号。此信号进一步驱动DC-DC电路，而三角波的频率则直接决定了PWM的频率。图9PWM脉宽调制仿真模块DC-DC变换器模型想要实现MPPT可以通过改变直流变换器中功率开关管控制信号（PWM）的占空比，来对光伏电池工作在最大功率点进行调整与控制。直流转换电路可分为四种。分别为升压(Boost)、降压、升降压和丘克。因为本设计需要将光伏阵列所产生的直流电升压，所以本设计选择用于升压的Boost电路实现光伏电池的MPPT，其仿真模型如图10所示。图10BOOST电路仿真模型2.3.2逆变器电路DC/AC逆变器是一种常用的电力电子转换电路，负责将直流电转换为交流电。在光伏系统中，逆变器是并网的关键部分，它能将光伏阵列产生的直流电转换成适合并入电网的交流电，并可根据需求调整幅值、频率和相位。控制方式选择根据输入控制方式的差异，全桥逆变器可划分为电压型和电流型两种。若选用电流型控制，需在直流侧并联大电容以稳定直流电压。但此举会影响系统的动态响应，使其变差。而本文因需要寻找最大功率点，所以对系统动态响应有要求。因此按照设计要求应该选用电压型输入控制方式。电压型逆变器结构如图11所示。图11电压型逆变器结构

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光伏独立供电系统设计与建模3.1光伏电池仿真模型3.1.1模型搭建光伏电池的选用是光伏发电系统的的重要一环，选用合理的电池在设计中至关重要。准确性和合理性是选型的两个重要标准。在Matlab仿真软件中利用Simulink工具，验证其合理性。寻找并建立以下如图6光伏电池通用模型。图6光伏电池仿真模型3.1.2光伏电池输出特性仿真结果模拟温度T=25℃，光照强度R分别为600、8001000W/m2时的图7输出特性仿真结果由图7可知随着光照强度升高，电池输出功率有所提高，其输出特性符合要求，证明该通用模型的准确性。模拟光照强度R=1000W/m2固定不变时，温度分别为0℃、25℃、50℃的环境时，光伏电池P-V输出特性如图所示图8输出特性仿真结果仿真由图8可知，随着温度变化，输出功率的变化并不大。上述仿真结果表明，该模型在光照和温度变化时，能较好地模拟实际输出特性。因此，它可作为研究太阳能输出特性的有效工具，并作为光伏发电系统的基础。3.2电路部分建模3.2.1光伏系统电路建模本设计所搭建整体电路如图12所示，电路包含光伏电池模块、DC-DC模块、DC-AC模块、电网模块。在“库浏览器”中找出对应模块如图13所示。模型具体选用及参数会在后文具体模块中详细分析。图12整体电路图图13库浏览器界面3.2.2光伏电池模块对光伏电池建模如图14所示，寻找路径Simulink-ports＆subsystem如图15所示。左侧输入的三个参数从上至下分别为光照、温度、电压。设置光照S随时间变化分别为600W/m2、800W/m2、1000W/m2，模拟自然光照变化。温度T设置为25℃，模拟正常环境温度。图14光伏电池模型图15光伏电池模型寻找路径3.2.3DC-DC电路模块DC-DC电路模块是电路的升压与MPPT控制模块，建模如图16所示，IGBT的寻找路径为Simscape-Electrical-SpecializedPowerSystems-PowerElectronics如图17所示，二极管寻找路径为Simscape-Electrical-SpecializedPowerSystems-PowerElectronics如图18所示，电感电容寻找途径为Simscape-Electrical-SpecializedPowerSystems-Passives如图19所示。图16boost电路图17IGBT寻找路径图18二极管寻找路径图19电容电感寻找路径电容C2代表直流母线电压，合适的直流电压可以使逆变器更有效地跟踪光伏组件的最大功率点。经过资料查询电压设置为350V本设计MPPT控制效果最好，双击C2进入参数调整界面如图20所示。将电压调整为350V。图20电容C2参数图3.2.4DC-AC电路模块DC-AC电路（全桥模块）的作用是将前面所得到的直流电逆变为交流电。图21是其在电路中建模。其中信号g是SPWM中四个驱动信号的合成信号，信号g能控制模块内4个IGBT的工作。全桥模块寻找途径为Simscape-Electrical-SpecializedPowerSystems-PowerElectronics如图22。图21全桥模块图22全桥模块寻找途径图23是全桥电路工作时序图图23全桥电路时序图3.2.5电网建模最终光伏电池所产生的能量都会进入电网，电网在电路中建模如图24所示。电压源寻找路径为Simscape-Electrical-SpecializedPowerSystems-sources如图25。双击Vg设置电压源电压为311V如图26。图24电网建模图25电压源寻找路径图26电压源参数设置3.3电路控制部分建模3.3.1光伏电池MPPT控制MPPT算法模块如图27所示，打开模块内部结构如图28所示图27MPPT模块图28MPPT模块内部结构光伏系统输出功率会随输出电压变化而变化，经过查阅资料可知光伏阵列特性曲线只有一个最大值，此处导数为0，左侧为正，右侧为负。因此可以通过计算符号来判断系统是否处于最大功率。此方法响应速度快，电压波动小。3.3.2PWM调制模型Boost电路的PWM控制如下图29所示，Switch模块寻找路径为Simulink-Commonly-Used-Blocks如图30所示。生成三角波的模块寻找路径为Simulink-Sources如图31所示，双击该模块设置如图32所示。时间值为0，0.002，0.004输出值为-1,1,-1。图29PWM内部模块图中Vref信号与所设置三角波进行比较，当大于三角波时输出高电平，反之则输出低电平。图30switch模块寻找路径图31三角波模块寻找路径图32三角波模块参数设置3.3.3SPWM调制模型前文在DC-AC模块中提到的合成信号的SPWM模块如图33所示，其中运算符寻找路径为如图34。波形设置如图35所示。图33SPWM模块图中Vref信号与所设置三角波做比较，小于三角波时输出高电平，反之则输出低电平。图34运算模块寻找路径图35波形参数设置SPWM调制信号波形如图36所示。其中为了防止烧坏开关管，开关管信号处于互补状态，不能同时导通图36调制信号波形图

第四章结果分析4.1系统仿真及结果分析4.1.1仿真及调试光伏电池输出波形设置系统停止时间为1.5s。如图37所示图37系统停止时间设置在0s-0.5s时，光照强度设置为600W/m2;在0.5s-1s时，光照强度设置为800W/m2；在1s-1.5s时，光照强度设置为1000W/m2。模块参数设置如图38所示图38光照强度设置光伏电池输出波形由图39所示.从上至下分别为光照变化、光伏电池输出电压、光伏电池输出电流、光伏电池输出功率。因为采取了适合的MPPT控制策略，光伏电池输出电压随着光照强度的增加变化并不大，但是输出功率却随之变大，这是因为电流变化很大。图39光照、电压、电流、功率仿真图仿真显示本设计当光照强度发生突变时，光伏电池的各项参数能够快速、有效、精准地跟踪。说明采取的控制策略是合理且有效的。直流母线电压波形设置直流母线电压参考值为350V，对系统进行实时仿真能得到图40的仿真结果。图40直流母线电压仿真当光照强度发生突变时，直流母线电压能够有效且稳定的保持在参考值附近，动态跟踪效果优秀，最大稳态偏差小于0.5V。并联电压与并联电流波形前文可知随着光照强度增加，并网电压基本不变、并网电流逐渐增大、并网功率增大。并网电流如图41所示。图41并网电流随光照强度变化波形由于并网电压相较于并网电流数值差距过大，为了方便对比，特将并网电压缩小10倍且局部放大信号与并网电流对比，如图42所示。其中，幅值较高的为并网电压，幅值较低的为并网电流。图42并网电压与并网电流波形经过波形分析可知并网电压与并网电流同向，可以实现并网。4.1.2计算分析PFC计算利用PFC模块对功率因数进行校正，其寻找路径为Simulink-User-DefinedFunctions如图43所示。通过计算有功功率P与无功功率Q，再计算PFC。计算建模如图44所示，结果为99.99%。说明控制效果好，并网电压与并网电流高度同向。图43PFC模块寻找路径图44PFC计算THD计算建模对波形失真度进行计算，结果如图45所示。THD模块寻找路径为Simscape-Electrical-SpecializedPowerSystems-SensorsandMeasurements如图46所示。THD模块参数设置为50Hz、sampletime为0。如图47所示。图45THD计算上述计算结果为1.71%,失真度控制良好，说明控制策略和控制结果良好。图46THD模块寻找路径图47THD模块参数设置4.2经济效益粗略分析及总结本设计前文选用光伏板一块约为1.6m2，预计屋顶铺设10块太阳能板。预计屋顶容量为0.6kWp，按照平均光照为5h，利用效率0.7进行粗略计算。一年发电量为0.6×5×365×0.7=766.5kWh。按照每千瓦时0.55元计算。每年累计可以产生收益为766.5×0.55＝421.58元。通过本设计可以总结光伏发电的以下优势，首先光伏发电所产生的能源具备可持续性，属于不断可再生的资源。同时，光伏发电不产生温室气体和污染物，显著减少对环境的污染。然后光伏发电对场地要求低，运营成本低运行可靠性比较高。最后光伏发电可以推动能源转型，降低对传统化石燃料的依赖。综上所述光伏发电作为清洁、可再生能源。安全且可持续性高，能保护环境促进可持续发展，与国家政策方向不谋而合。作为新能源光伏发电优势很多，可是仍然面临着新兴行业的许多问题，需要后续地完善和发展。首先最大的问题是技术的不足以及成本需要下降。相信随着技术进步能够将光伏发电的利用效率进一步的提升，设计的器件耐久性更加优秀，使光伏发电更具有竞争力。其次光伏发电在以后一定会更加智能化和数字化，跟随着物联网、大数据、人工智能部分一起使光伏发电的监控、预测、控制部分更加有效可靠。紧接着就是储能部分，现在储能部分是一个比较大的问题，超级电容正在快速发展，等到储能技术普及完善之后，就可以实现对能源的高效利用以及平稳供应。最后政策一定会继续支持和推动光伏发电市场，推动清洁能源的快速发展，替代传统化石能源。综合来看，光伏发电在未来前景广阔，能够应用在更多的领域。也一定会得到政策支持，能够持续发展和对环境保护提供支持。找到环境与能源的完美解决方案。（此页无内容）参考文献[1]ArgyrouMariaC.,MarouchosChristosC.,KalogirouSoterisA,ChristodoulidesPaul.Modelingaresidentialgrid-connectedPVsystemwithbattery–supercarpacitorstorage:Controldesignandstabilityanalysis[J].EnergyReports,2021,7.[2]陈乐乐.微电网能量管理系统建模与仿真[D].东北电力大学,2021.[3]ChaoTan,ChenxiLi,KanjianZhang,HaikunWei.FaultDetectionMethodofPhotovoltaicSystemBasedonPowerChangeofArray[C]//.Conferenceproceedingsof20214thInternationalConferenceonAlgorithms,ComputingandArtificialIntelligence(ACAi2021).Conferenceproceedingsof20214thInternationalConferenceonAlgorithms,2021:181-188.DOI:10.26914/kihy.2021.055228.[4]FangQingyuan.ResearchontheInfluenceofPhotovoltaicModulePowerGenerationEfficiencyandManufacturingTechnologyonPowerGridConnection[J].IOPConferenceSeries:EarthandEnvironmentalScience,2021,804(3).[5]杨财