【《基于MATLAB的光储型微电网的仿真研究》14000字】

-目录摘要 11前言 21.1微电网研究背景及意义 22.2光储型微电网典型结构 62.2.3负荷 72.3光储型微电网的运行方式 82.3.1并网运行 82.3.2孤网运行 82.4光储型微电网控制技术 82.4.1P/Q控制 82.4.2V/F控制 93光储型微电网仿真数学模型 103.1光幅电池特性及模型 103.1.1光照强度的概率密度函数 113.1.2光幅电池输出功率模型 123.2蓄电池特性及模型 134.1仿真平台总体模型结构 164.2.2光幅电池的仿真分析 214.3最大功率跟踪模型 224.3.1最大功率跟踪方法 224.4光储型微电网控制系统设计 334.4.1P/Q控制器设计 334.4.2V/F控制器设计 35摘要近年来，全球环境问题十分严重，能源危机日益加剧,在此因素影响下分布式风力发电方面受到了全球广泛的关注,尤其特别是以清洁利用能源产品为主的分布式风力发电技术的研究和应用发展最为迅猛，对光储型微电网的研究也十分受欢迎。光储型微电网系统具有环境污染低、控制方便、操作方式灵活、供电可靠性高等优点。通过微电网将光能组合成大功率电网，可以大大降低对供电稳定性的影响。由此可知，对微电网储能技术、发电技术的研究和应用势在必行。首先,本文简要介绍了我国在发展微电网研究上的历史进程，世界各地对于微电网各项技术的研究状态,分析了各国微电网研究的主要趋势及其特点。其次,介绍了光储型小规模微电网的基本拓扑结构和其工作原理,为了把太阳能能源最大程度地转化成电能,对光幅电池的最大功率点问题进行了研究,并通过利用Matlab对光幅发电系统的功率进行了仿真分析研究,使光幅发电系统能够工作在最大功率点(maximumpowerpointtracking,MPPT)上。最后,进行了对光储型微电网系统的仿真分析研究,对光储型微电网孤网运行与并网运行关系进行分析。关键词：微电网；光幅；发电；MPPT；蓄电池1前言1.1微电网研究背景及意义为满足人们对经济社会发展的需求，对电力系统发展的要求不断提高。传统电力系统较为庞大，具有远距离输电、特高压的特点，对世界很大部分负荷供电都由大电网承担，是主要的供电方式[1]。但是，大电网的容量不断增加，由此影响着传统的大电网基础设施成本和运行维护成本也会增加，对电能质量要求较高的一些用户，就无法保证他们用电的安全，不能实现对电能质量要求的多样化等。同样，随着人口增加，用户多样性增加，和对电力需求的多种多样性，不可再生能源即将消耗殆尽，不符合我国可持续发展的要求，也因此造成了越来越多的各种各样的问题，譬如对环境的污染，以及对能源的消耗问题越来越突出[2]。我国相关的政府部门也为解决上述问题，发布了可持续发展战略部署，以及世界各国也不甘落后，也都想出了相应的解决方法，政府提供补助给利用可再生能源发电的用户，及发布相关法律来来约束居民，以此促成利用新能源发电的进程[3]。于是，当今社会广泛提倡绿色、低碳生活，不断推动可持续发展，逐步限制了不可再生能源的消耗。全球各地都开始研究对可再生能源的的开发，这也是近几年最受欢迎的供电方式[4]。鉴于上述问题，提出了光储微发电的理论，以解决分布式发电的接入问题，充分发挥分布式发电的优势。光储型微电网相对其他电网而言，光储型微电网还不仅可以完成对整个电网运行水平的提高，由于采用光幅太阳能发电，大大减轻了对环境的污染，符合我国可持续发展战略要求。总之，发展光储型微电网无论从环境方面还是经济方面，对人们都是十分有益的，大电网与光蓄微电网结合起来可以有效提高供电的高效性。1.2国内外微电网研究现状1.2.1美国美国先于世界各国，最先给出了微电网的概念[5]。由于此概念的提出，在全球具有很高的认可度。美国CERTS恰当的描述了分布式电源和大型网络之间的关系，说明了他们对微电网的许多思考。目前，美国的研究初步证明，分布式能源可以采用同行控制策略，强调即插即用思想。美国在分析实际使用案例、调整管理系统、优化能源等方面进行了广泛的研究[6]。美国对微电网进行建模、模拟、控制和保护，并分析其在实践中的成本和效益。在国家的推动下，美国由国家推动的微电网研究，旨在优化电能质量，确保关键负载供电的有效性，降低运营成本。此外，微电网还将被纳入军事项目，以确保基地和设施不被切断。对于供电的安全性和可靠性美国对于微电网发展的侧重点，以及提升电网智能化程度。CERTS给微电网的概念有如下优点：微电网就等同于大电网中的一个负荷[7]。两个网络接口处的设置，可以完成“立开立断”，使各类分布式电源直接可以连入大电网。有条理的安排发电的各个部分，不仅要确保电能质量的高输出，还尽量使用可再生能源发电。1.2.2日本日本相对美国来说就有很大的不同，可以说日本的能源相对其他国家较为匮乏，长期性的能源短缺，因此，日本比较看重发现和寻找清洁能源。日本很早就开展了对微电网有关风力发电等进行了广泛的研究，并获得了许多可实施性的结果。另外，日本和美国进行了一次合作，研究的重心侧重于，发电单元和配电系统两者间的互相联系[8]。日本也有很多研究人员根据对微电网不同的理解，给出了不一样的解释。在现实生活和科学研究中，微电网为用户带来了诸多方便，首先，大电网断电时，用户无需担忧，它仍然能够像大电网一样，为用户提供相同的供电水平，同时一些重要负荷的运行也得到了保障；换个角度，也可以增加供电的多样性，满足用户的不同需求。通常，分布式电源由可再生的能源组成。但是考虑到以风力和光幅发电为主有很大的不确定性因素，相反，化石燃料发电相对来说供电可靠性较高。到目前为止，日本利用可再生能源居多，小绿叶在提高，同时，额定发电容量也在不停增进，在减轻对环境的压力方面取得了很大的成就。1.2.3中国近几年来，中国逐步实现了小康社会，国民生产总值（GDP）不断提升，用户用电负载增大，但是，在当前看来，我国在不可再生的使用方面，不得不依赖于国外，同时，不可再生资源的燃烧，对环境造成的污染问题也随之而来，现在，我国的研究重点针对于发电系统，以及利用清洁能源在微电网中发电。同时也符合我国推动的可持续发展战略部署[9]。利用可再生能源发电的微电网在中国的蔓延十分广泛，目前我国的很多实验室都在从微电网的理论研究的基础上，逐步深入，同时以发达城市带头的许多地区也逐渐开发了许多微电网方面的项目，在我国有关部门的扶持下。与时俱进，国家大力支持，我国加大扶持力度，颁布了有关的要求、法律。争取在最大程度上使用清洁能源微微电网提供电能。我国电网目前处于往第三代电网进阶的阶段中，电力改革方案已经明确指出，整个电力系统中，必须优先新能源发电，侧重于对清洁能源发电的研究[10]。微电网对我国发展意义重大，推动着我国电力系统结构性革新、清洁能源的使用率等，具体作用如下：中国在地理位置上，所处条件优越，可再生能源的发掘有很大潜力，因此，微电网，尤其是利用清洁能源发电的微电网，对我国来说，具有相当大的发展前景。我国有许多偏远地区，条件有限，没有足够的化石燃料来提供电能，因此利用清洁的太阳能和风能发电的微电网，能够很好地处理偏远地区对用电的苦恼。清洁能源微电网的应用让边远地区的用户充分使用当地资源。2.并网运行时，大电网出现故障时，微电网相当于一个备用环节，继续向电网提供电能，几乎避免断电发生[11]。1.3论文主要内容与安排本文对太阳能电池运行特性进行仿真研究，和光储型微电网的孤/并网运行进行了仿真分析，为我国实现节能减排、低碳经济打下坚实基础。第一章写了微电网技术从国外到国内，从古至今的研究历史，还列举出各个国家对于微电网提出的概念和定义以及微电网关键技术的研究现状，探讨了微电网技术的未来发展方向，会产生什么样的经济效益，对世界经济和能源发展具有广泛的前景。第二章重点写了光储型微电网仿真模型的大致概况，并对其目前拥有的控制方式进行了介绍。第三章根据光储微电网的基本结构，分析了光幅电源和储能装置的特点，布置了光储微电网中各设备单元，介绍了各设备单元的工作原理。结合其运行特性和关键参数建立最大功率模型，完成光幅电池仿真模块的研究。第四章介绍了光储型微电网仿真模型的整体结构。搭建了光储型微电网仿真平台，明确了仿真平台中各个参数的设计原则和方法。2光储型微电网的基本结构2.1光储型微电网的结构分析图2-1光储型微电网基本拓扑结构2.2光储型微电网典型结构2.2.1分布式电源（DG）光储型微电网中，分布式电源是由光幅太阳能板电池组组成的。分布式电源可以实现供电的灵活性，一起生产冷电和热电，直接给用电用户供应电能，由此提高微电源的对光能战友率。于整个大型电力系统说来，光幅电源像是一个单独的控制的单元，整个系统里的所有微电源都具有即开即断的独特性质[12]。光幅微电源和大电网之间，需要运用接口技术，该接口技术是最至关重要的，可以持续光储型微电网稳定运行，同时还需要对整个光储型微电网进行潮流和电压控制。2.2.2储能装置在为电网的储能系统中，储能装置可以确保独立电网与大电网之间的顺利切换。当负荷低时，储存剩余的电源，当负荷高时，再将电能输送回微电网，以满足不同情况下的电力需求。储能装置可提供有效或无功功率补偿，提供有源功率支持，平稳稳定电网电压波动，并且做到并网时补偿负载尖峰和谐波电流，孤网时可以使系统电压运行更加平稳，提高微电源的能源利用效力。2.2.3负荷流过负载导线、电气设备和电缆的电源和电流。是随时间变化的瞬时值。由于电器不能同时工作，即使同时工作也不能同时达到额定容量。它通常用于描述系统的总负载，即在假定负载下计算的负载。由于计算负荷的热效应等于瞬间负荷的热效应，因此根据计算负荷选择电线、电缆段、电器已接近现实。负载是整个光储型微电网主要消耗电能的，其中就有一般负载和重要负载。为了更好的满足负载的实时性要求，在光储微网的调节中，针对不同类型负载的控制策略也有很大差异。由于微网安装区域的实际情况和气象条件差异较大，因此区域间发电机组的选择，位置和数量因地制宜。微网建设既要参考安装区域各方面的现状，又要采集用电量，综合考虑各种因素，科学建设该区域的微网。与大型电网相比，微电网既能释放能量，又能吸收能量。微网发电机组满足微网内部需求。当电量不足时，大电网可以帮助供电，微电网可以被视为负荷。2.2.4控制装置由控制装置组成的控制系统可履行管理分布式微型网络、管理备用能源等功能，微机工作状态转换，对微机工作的实时控制，控制系统还需要一个故障保护协调员，它不仅可以用来保护传统的大型网络，但它也适用于微数组的故障保护。保护小电网免受大电网干扰的协调员保证了大负荷供电的可靠性，当电路中发生电压降，短暂时间里，符合是可以承受的，一个大的网络不能被分割。为确保微网络的继电保护措施必须有选择地切断紧急线路，防止事故进一步蔓延，确保绝缘和网络工作之间的平稳过渡，这是一个重要的微型网络控制功能。控制设备中使用的控制系统由三个层次组成。其中中央控制水平主要是通过接受上级发来的信号的指令来控制显微网络的开启和停止；集中控制水平，通过控制和调节控制微网络的各个组成部分，控制微网络的运行状态，确保微网络的平缓运行；设备控制水平则是通过初级调频、电压调节和现场保护来保证微电网络系统的自律。2.3光储型微电网的运行方式2.3.1并网运行并网运行是指微电网通过公共连接点（PCC）切入大电网并与之进行功率交换的运行方式。分布式电源可把剩余的电能传输给大电网或输送给储能系统进行存储。微电网在并网的时候，能量能够及时得到大电网的补充，其电压和频率调整由大电网来保障。2.3.2孤网运行孤网运行是指当大电网不能正常供电时，PCC断开，微电网和大电网各自运行，进入孤网运行状态。孤网运行是微电网最基本的运行方式，在孤网运行时仍然可以保证重要负荷的供电，对提高系统的可靠性有很重大的意义。孤网与并网运行方式的区别体现于如何选取参考电源并进行电压和频率的调节控制。2.4光储型微电网控制技术为了能够确保输出稳定电压、通电频率或截止频率及高能负载。大型电网出现故障或不符合电力质量要求时，微电网系统应立即进行设备自查。在电力系统运行时，电网中需要控制其进行调节，确保输出平稳的电压。2.4.1P/Q控制恒功率控制又称为P/Q控制。微电网的拓扑结构也就相当于是多个并联的电压源构成，决定了光储型微电网运行的控制策略。在多个逆变器并联的系统中，根据已有的下垂特性的曲线，这种控制策略就叫做P/Q控制策略。P/Q控制的功能，在控制转换模型下，让发电的各个技术参数和需要供给用户中负载的数目尽可能的接近。逆变器输出的电能的参数是有大电网来进行调整的，还有对大体供电质量的分析、评估和调节。要是想使微电网对清洁能源的利用要率有所提高，各种分布式电源，也就是这里的光幅列阵的输出额定功率，也必须调整至最大值，系统供电的质量就交由大电网来管理，标准电压和参照频率都需要由大电网提供。P/Q控制中，每个小型的发电源都是一个负载。微电源需要随时评估自身状态，通过参照大电网电能百分比，作为参照数值。以此，光储型微电网在运行在并网状态时，能源的可再生利用率就有了很大的提升空间。2.4.2V/F控制V/f控制又称为恒压恒频控制。V/f控制，孤网运行时，给一个参照电压和参照频率给微电网，保证电网中一些必须负载的正常工作。在这个时候，整个系统处于低容量运行状态，只要一出现供求差值，就必须把非必须负载脱离出电网，才能保证整个电力系统能够正常工作，由此可知，V/f控制是根据用电负荷的情况随时变化而随时变化，尽可能的提供与用户所需相应的电能电量，也就是用这样的方法保证用电质量可以提升。V/f控制包括两个模块：功率模块，还有电压-电流双环控制模块。光储型微电网孤网运行时，V/f控制是根据用电负荷的情况随时变化而随时变化，从而可以提高用户的用电质量，保障微电网的运行，并且可以使各个负载都工作在额定运行状态下。微电网离网时，分布式微电源需要采用的是V/f控制，但是，一般情况下，还有必要分析下垂曲线、或者切负荷。通常情况下的大电网惯性是很大的，因而，它的容量就能视为无限的，是可以承受住电网很大的振幅的。但是，与大电网相反，微电网的组成是大量的电力电子元器件，惯性相当于零，由此就可以知道，在孤网运行时，想要把频率控制在稳定范围内，就不得不运用控制元件。因而，就可以看出V/f控制的必要性，与P/Q控制相类似，V/f控制也需要根据下垂特性曲线来控制，下垂特性曲线如图2-2所示。图2-2下垂特性曲线微电网运行在孤网状态时，使用V/f控制时，大多数都要考虑综合频率，来决定下垂控制还是切负荷，或者转变储能设备响应或是采用其他更多方法，先查看微电源的容量，在衡量一下电网的输出功率。本文建立的光幅微电网仿真模型，打算运用主从控制，在这时，蓄电池的输出功率虽可能会有小幅度变化，但是在大体上是能够接受的，可以迅速追随负荷的改变。3光储型微电网仿真数学模型3.1光幅电池特性及模型在清洁能源使用的方面研究，首先就会想到太阳能，并且太阳能在生活中的应用最为普遍，太阳能不仅存在普遍，而且清洁、成本低、能无限利用。所以，想要实现能源快速发展，就要把能源重心向太阳能资源转向，这将对我国可持续发展战略的发展，经济的进步有重大帮助。太阳能最主要就应用与发电技术，太阳能在发电领域的空间巨大。因此，在研究中，使用太阳能很普遍，也因此，光幅发电被普遍使用在微电网发电系统中[13]。依照光幅发电的含义，光幅发电可以完成从光能到电能一次性的能量转换，光能发生了幅特反应，因而，认为光幅发电是一种创新型突破，也是读点能利用的飞跃。光幅电池发电系统包括：输入环节和逆变环节以及输出环节。数个光幅电池板排列在一起，光幅组件就是由这些太阳能板构成的[14]。如图3-1是所示，光幅电池发电工作时的原理图。图3-1光幅电池发电原理如上图所示可以得出，太阳能板在接受太阳光辐射时，生成正负电子，正负电子就在电场力的作用下沿着电场线运动，构成PN结。在断路时，P区与N区中间，就具有了电势差值，这个电势差值也就是电池的端电压[15]。在PN结与外电路形成通路时，随着光能照射时间的增加，产生了更多的正负电荷，与此同时，正负电荷的运动就产生了电流，这时候PN结就可以充当电源，完成供电环节。光幅电池的工作很容易受干扰，最明显的就是光强和温度，对光幅电池输出功率的干扰是最严重的，因此本文着重对光幅电池受光照强度和温度的干扰变化展开研究。为了实现光幅发电对光能最大的利用，就必要的改变电池的工作点，让光幅电池时刻运行在最大功率点（MaximumPowerPointTracking,MPPT）上[16]。3.1.1光照强度的概率密度函数即使光幅发电已经在生活中投入使用很长时间，但是对电池的研究还不够完善、精确，由于光幅电池极易受外界因素干扰，它的工作效率仍然有很大的提升空间。因而使得我们不得不掌握光照的分散程度，得出光照特性曲线[17]。在诸多研究分析中，才得出下述结论，光幅电池光照强度分布如式（3-1）、式（3-2）、式（3-3）所示 （3-1） （3-2） （3-3）3.1.2光幅电池输出功率模型想要构建光幅电池的输出功率模型，就必须知道干扰因素，上述最主要的干扰因素为光照和温度，由此可知，根据光照和温度，就可以大致仿真出光幅电池功率模型，具体如式（3-4）所示 （3-4）式中，PSTC是指光照强度S=l000W/m2，环境温度T=25℃下，光幅电池的额定输出功率（W）；Gc是测试点处的真实是光照强度（W/m2）；GSTC=1000W/m2；k常系数，一般等于-0.45%/℃；TSTC电池板的真实温度（℃）；TC是在t时刻时，发电时，它的外表温度（℃）。如式（3-5）、式（3-6）所示 （3-5） （3-6）通过以上对光幅电池仿真模型，测量出光照和温度，将数值代入公式，就能得到光幅电池运行状态。在此，想要更好的绘出功率跟踪情况，下式（3-7）提出了光照分散度的函数 （3-7）3.2蓄电池特性及模型3.2.1蓄电池特性整个光储型微电网中，不仅有分布式电源，还会配备一些储能原件，在电网中电能过剩或者缺额时，确保电网正常运行，也是电网中的基础原件，不可去除。它存在如下几点优点：首先，它具有缓冲功能。光储型微电网发电单元里只有光幅电池，它们可以实现绿色环保，可是光幅太阳能组的发电也具有极大的不确定性，会受到诸多不可控因素的干扰。系统发电会有一定的幅值，因而，储能装置的存在就具有必要性，储及时调整发电的平稳性，维持系统平稳输出，供电自由[17]。其次，削峰填谷也是它不可或缺的优势。储能在系统产生足够的功耗并产生低功耗时，可以储存多余的能量，当功耗较高时，可以释放能量。这样既避免了用电高峰时的电力短缺，又避免了电槽中多余能量的流失。最后，它还具有灵活的可调度特点。风力发电机和太阳能电池是不可编程发电单元，但当储存能量组合成可编程单元时，它们是不可编程的。当下，光储型微电网中，铅酸蓄电池为标准、通用的储能原件。铅酸蓄电池的阳极物质、阴极物质和电解液中不存在材料损耗，与其他蓄电池比较起来，铅酸蓄电池使用寿命更长、成本效益更高。高循环利用率、维修方便、放电安全、大电流供电周期长等，是满足工程要求的储能设备，使用频率极高[18]。充电时，铅酸蓄电池中的电能输出为化学能；相对的，在放电过程中，化学能再跳转成电能。这就是铅酸蓄电池工作的原理，蓄电池储能、供能所对应的化学反应过程，如式（3-8）—（3-12）所示：总反应式：（3-8）放电时：负极：（3-9）正极：（3-10）充电时：阴极：（3-11）阳极：（3-12）由式(3-8)—式(3-12)得出，电池放电时，铅Pb在负极进行氧化过程，丢掉电子，在被氧化为PbSO4的同时，PbO2在正极进行还原过程，拥有电子，生成PbSO4。太阳能易受光线和风向等外界干扰。就微电网系统的重要组成部分而言，其运行机制不稳定，不能仅仅依靠光幅、风机等可再生能源来支持和保障系统稳定正常运行。为了实现对用户的持续供电，必须在系统中安装必要的储能设备，以提高供电运行的可控性和可靠性。铅酸蓄电池与清洁再生能源相结合，可以消除系统电压不稳定和断电的可能性，起到能量缓冲作用，改善微电网惯性，提高电源多样性。此外，蓄电池还可以为微电网提供备用电源，提高微电网运行的可靠性。3.2.2蓄电池模型1.蓄电池额定容量模型取可用的和约束电荷，建立出电池容量相对性的数学模型。利用电荷守恒定律，可用的电荷量等于所有时间点的束缚电荷量。符合上述规律和工作特点，从而模拟了蓄电池容量的数学建模。如式（3-13）—式（3-17）所示 （3-13） （3-14） （3-15）（3-16）（3-17）式中，q1表示可用电荷量（C）;q2表示束缚电荷量（C）；q是任意时刻下蓄电池内部的电荷总量（C）;e是指数函数；q0t是总电荷量（C），q0t=qt1.0+qt2.0。2.蓄电池电压模型创造模型时，设：电阻（蓄电池内部的）的变化可以忽略不计，则蓄电池输出电压U的建模如式（3-18）—（3-20）所示：（3-18）（3-19）（3-20）在上面式中，任何时间下，蓄电池里面的电压（V）都等于E；E0是蓄电池的容量电压；q无论何时都不变，是蓄电池的容量（Ah）；蓄电池的最高储能qmax（Ah）。4光储型微电网仿真平台从实际工程的需求出发，主要关注光幅阵列和储能的输出特性、最大功率跟踪模型、并网与孤网运行状态下逆变器的控制策略、储能的充放电控制策略等，搭建了光储型微电网仿真平台，用来研究微电网的运行特性，并验证微电网的控制策略和方案。4.1仿真平台总体模型结构光储型微电网仿真平台总体模型如图4-1所示。此光储型微电网系统从10/0.4kV的变压器，再接入10kV的配电网。并且放一个可以迅速反应开段的闸刀在PCC上，当发生扰动时，大电网被迫停止运行，电能供应的就很难迎合光储型微电网系统中各个设备的使用的时候，闸刀立即关闭，这时，微电网系统和大电网系统无连接，变成孤网运行状态。该光幅并网型微电网系统，涵盖一系列光幅发电单元和一系列储能元件，光幅发电系统的逆变器运用并网逆变器，控制策略使用恒定输出功率测控方法。储能变频器采用双向变频器。蓄电装置连接着电力网，母线电源禁止联锁。在外部放电的储能过程中，设置系统的标准电压和频率作为系统的标准电源。位于储能元件后的逆变器应用变频控制理念[19]。图4-1光储型微电网结构图4.2光幅电池的仿真4.2.1光幅电池的仿真模型在现实生活中，光幅电池的规范状况：辐射力度Sref=1000W/m2，温度Tref=25°C下，构建出光幅电池输出电流、电压数学建模如式（4-1）—式（4-3）所示：（4-1） （4-2）（4-1） （4-3）（4-4）（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）（4-9）式中，U、I是光幅电池输出电压（V）与电流（A）；C1和C2是修正系数。补偿系数a、b、c的典型取值为a=0.0025/°C、b=0.5、c=0.00288/°C。e是自然常数，数值等于2.71828。式（4-4）—式（4-9）为修正后的光幅电池参数计算公式（4-4（4-4）（4-5）（4-6）（4-7）（4-8）（4-9）按照上建立的公式，在Matlab/Simulink中，搭建光幅电池仿真数学建模，然后将各个单元进行组装，这样一来，就可以快速改变参数，个人界面的参数选择如图4-2和图4-3所示。图4-2光幅单元封装界面图4-3参数界面设定4.2.2光幅电池的仿真分析为了不同型号的光幅电池模型，可以改变光幅组件的参数，在光幅电池的输入部分，修正参考数值S和T，于是得出光幅电池在变化的外界温度和太阳能光强度时的输出特性。本文在这一节，专门针对光幅电池建模进行了一次光幅电池损耗特性的标准测试。经过此次仿真，就可以得出太阳能电池输出的图像：I-U特性、P-U特性曲线，建模结论如图4-4、图4-5所示，以此得出，证明搭出的光幅电池仿真建模，还是可以真实的仿真出光幅电池输出功率下电压、电流随之的变化特性。图4-4I-U特性曲线图4-5P-U特性曲线通过上面的仿真结果可以得出，太阳能光幅电池输出功率曲线，存在一个最大值。领会光幅电池的建模结构，了解输出特征，于光幅电池在最大功率处调整建模的剖析具有重大内涵。4.3最大功率跟踪模型由以往的理解证明，对太阳能发电组件分析，其输出电流和电压都不是线性特征的。处于变化的辐射强度和温度下，太阳能组件仿真出的输出电压和输出功率曲线都是不一样的。因此，在不同的外界光照和周围温度下，仿真出的特征也有是有变化的[21]。最大功率点跟踪(MPPT)是离网太阳能光幅的关键控制问题[22]。4.3.1最大功率跟踪方法本实验采用了扰动观测方法。进行扰动观测法观察室，尤其当太阳辐射强度随时间迅速变化时非常有效。P&O方法是周期性地干扰。如果扰动后PV单元的输出功率在此之后增加，则下一个扰动方向与该方向相同；反义言之，下一个扰动方向和之前背离，这样就可以根据估计，跟踪到太阳能电池的最大输出功率点。修正中间环节实际上是一个功率优化过程，允许太阳能电池在最大功率点周围旋转，其原理如图4-6所示。图4-6扰动观察法原理4.3.2最大功率跟踪点算法仿真模型本文展示了光幅电池的MPPT控制，运用了Boost电路，以及扰动观察法，来跟踪最大功率。扰动观察法可以不定时的增减Boost电路中的传进电压，并且定位太阳能光幅元件的发出最大功率的那个点，整个算数原理如图4-7所示。最一开始，搜集并记录光幅元件端电压U、端电流I，并且，输出这一时刻的典雅与电流的乘积，记录为功率P，接着，和刚刚记录下的上一时刻P对比大小，如果比之前的数值大，那么就向着与此一致的方向提高或减弱太阳能组件的两端电压；与此相反，就向相对的一面更改。周而复始，一直找寻输出最大功率的点。图4-7扰动观察法原理流程图4.3.3仿真分析本文所搭载的光储型微电网仿真模型里，首先，光幅发电系统应用为两级式结构，在第一级结构里，使用了Boost升压电路，第二级结构里，使用了逆变器[23]。通过改变Boost电路中的占空比值，光幅电池的最大功率输出模型就可以仿真出结果。本文所构建的光幅电池MPPT控制仿真模型，如图4-8所示。在图4-7中，在Boost升压调节模块，综合融入了光幅组件的MPPT算法，最后得出，该电路可以使光幅阵列持续最大功率输出，再经过修正MOSFET管的占空比例，让太阳能组件运行在最高功率点周围。这样一来，Boost单元就能获取最终电压，并将其调整增加到并网逆变器所需要的运行水平。图4-8太阳能光幅组件MPPT仿真模型运行在标准状态下时：温度T=25°C，辐射强度S=1000W/m2，对光幅电池进行仿真分析研究，结果如图4-9—图4-12所示，就可以先后得到太阳能组件的各个输出参数模型。图4-9太阳能组件输出功率图4-10太阳能组件输出电压图4-11太阳能组件输出电流图4-12Boost输出电压改变原始的光照强度，在对光幅电池进行仿真分析。电池原始温度T=25℃，光照强度S=l000W/m2。在0.2s时，光照强度下降到600W/m2。在0.4s后，S再上升到800W/m2，温度不变。仿真输出的光幅电池的各项基础参数及Boost电路输出电压如图4-13—图4-16所示。图4-13光幅电池输出电流图4-14光幅电池输出电压图4-15光幅电池输出功率图4-16Boost输出电压更换电池环境温度，再进行仿真研究。最初，电池温度T=25℃，辐射强度S=1000W/m2。在0.2s时，调节电池温度，使之上升到40℃在0.4s时，再次调节电池温度，使之减小到30℃。仿真结果：太阳能组件输岀的各项参数及Boost电路输出电压如图4-17—图4-20所示。图4-17太阳能组件输出功率图4-18太阳能组件输出电压图4-19太阳能组件输出电流图4-20Boost输出电压由以上的仿真图像就能得出结论，不管辐射强度还是光幅组件表面温度出现多大的改变，太阳能组件由于可以实现MPPT控制，所以，不管怎样，太阳能组件对最大功率点的追随效果都很明显，这就使太阳能组件能够在最大功率点周围运行。由此得出，最大功率点追踪模型通过扰动观察法建立，此方法可以有效的追随光幅电池的最大功率点，还能做到在全部控制过程中，保持动态性能优良。4.4光储型微电网控制系统设计4.4.1P/Q控制器设计太阳能光幅组件的容量较大电网小很多，因此，在光储型微电网并网运行时，标准电压和标准频率都来自于大电网。因此，为保证光幅发电的最大能源利用率，在光幅发电系统中，对逆变器的控制不可或缺，通过逆变器控制来保证最大有功功率输出[24]。在太阳能光幅组件并联系统中，接入大电网运行时，逆变器通用的控制方式为电压源电流控制策略。太阳能光幅组件并联系统中，接入大电网运行时，通过操作同步转动坐标系，坐标轴中d轴、q轴分量电流，用来完成P、Q的单独解耦控制，同时，三相垂直坐标轴（a、b、c）与同步转动（d，q）坐标系的变换矩阵如式（4-10）—式（4-11）所示，三相静止坐标系转换为同步旋转坐标系的仿真模块如图4-21所示： （4-10） （4-11）图4-21静止坐标系与同步旋转坐标系转换仿真逆变器的控制为电压外环、电流内环的双闭环控制结构，对逆变器的控制基于SVPWM调制方式，以达到输出电流跟踪电网电压的效果。图4-22逆变器并网控制图图4-22为电流内环控制系统。（Udc-Udc*）的值等于外环电压，经过PI调节后，id*作为参考电流d轴分量，参考电流q轴分量iq*设置为零，尽量维持最大有功功率输出。（4-12）（4-13）式中，id、iq分别为电网电流的d轴和q轴分量；ω指电网电压的角频率（rad/s）;L指线路电感（H）。4.4.2V/F控制器设计V/f控制策略与P/Q控制策略的解耦方式几乎相同。V/f控制方法的原理图如图4-23所示。对于已给的标准电压解耦后得到Udref、Uqref，系统中真实电压解耦后算出Ud、Uq。经由标准电压和真实电压解耦后算出的d、q旋转坐标中的差额，通由PI控制器，最终得出对应坐标系中的标准内环电流。为尽可能缩短微电网与大电网链接，或者断开时系统的幅值，从而保证光储型微电网独立运行时的平稳，规定标准频率f=50Hz。图4-23V/f控制策略结构4.4仿真平台参数设计基于Matlab/Simulink建立如图4-24所示的光储型微电网系统仿真平台。图4-24光储型微电网仿真图中，由太阳能光幅组件、蓄电池以及负载组成的光储型微电网系统。在标准状况下（T=25℃，S=l000W/m2），光幅电池的MPPT额定电压取值为380V，太阳能组件并联系统通由并网逆变器链接大电网与微电网系统中，太阳能并网逆变器为实现光幅发电输出最大有功功率，釆用了恒功率控制策略。光幅并网逆变器，无功功率等于零。当光储型微电网系统与大电网连接时，蓄电池进行充电，保证充足的电量，为独立运行保留基础；系统孤网运行时，大电网系统的标准电压、参照频率则由蓄电池负责[25]。将蓄电池的SOC值设定在25%—75%。1.三相逆变器一种用于光幅发电系统中光幅储能微网仿真平台的两级三相太阳能并网逆变器。在微电网实际工作中，蓄电池负责输出电能，即逆变器运行在逆变模式。并网运行时，蓄电池负责充电，即逆变器运行在整流状态下。2.LC滤波器设计由于光储型微电网系统釆用的电力电子装置很多，这些设备会在开关频率处产生谐波。因此需要虑波器进行虑波，这里釆用的是LC虑波器。虑波器参数选择至少想到两方面因素：一是尽可能减小由电感引发的基波电压磨损，二是挑选适当的电容值来充分确保基础波的电流值到最小。（1）滤波电感L的选择基础波电压的磨损效果决定了逆变器在低频运行条件下输出速度的电阻参数的大小。选择越小越好。滤波电流的最小值主要由感应电流纹波的大小决定。在全输出功率下感应电流纹波峰值的最大值为总电流峰值的15%。逆变器控制信号采用SVPWM脉冲，电流值计算如下： （4-14）式中，是电感电流纹波波峰值（A）；是SVPWM的载波频率（Hz）。（2）滤波电容C的选择电容与电感的选择息息相关，应根据选择的电感选择电容，若电容的数值挑选较大，则会造成功率效率变低，以及造成的基础波磨损，因而也会面临造价问题。因此，想要遇见最优的虑波结果，电容值的挑选就必须根据现有状况具体分析。依据以往的经验，可以得到式（4-15）、式（4-16）：（4-15（4-15）（4-16）式中，是滤波器截止频率Hz；是基波频率Hz；是SVPWM的载波频率Hz。3.隔离变压器设计隔离变压器作用于电力设备和电源之间的电气隔离，算是一种特殊的变压器[26]。想要提高电力系统的安全系数和稳定性，就必须在系统中接入隔离变压器，对电力系统中的重要负载的供电性能的提高意义重大[27]。4.直流母线电容设计通过增加光幅系统互连逆变器的直流总线容量，抑制系统互联操作期间产生的谐波，并在直流侧与逆变器的交流侧之间切换时作为缓冲器。在现实生活工作中，当电力系统在电容器充放电循环中放电最大放电电流时，必须将电容器两端的压降控制在所需值内。4.5光储型微电网并网运行仿真分析通过分析微电网再介入大电网状态下建模仿真，解析所得出的结果，需要主要查看太阳能组件输出的最大功率。对环境的温度和光照辐射强度变化来研究微电网的并网运行特性。建模的时长设定为2s，仿真建模研究大致方法如下：1.开始时刻，太阳能组件温度取为25°C，辐射强度为1000W/m2。2.0.3s时，光照强度改变为600W/m2，其他参数保持不变，对系统进行仿真。3.0.6s时，光照强度改变为800W/m2，其他参数保持不变，对系统进行仿真。图4-25光幅电池输出功率图4-26直流母线电压图4-25、图4-26是对太阳能发电系统中，在接入大电网运行时的系统仿真。图为太阳能电池功率输出以及系统直流母线电压的波形图。在光照强度改变的瞬间光幅电池的输出电压波形存在一定的振荡，但是能很快寻找到最佳工作点并稳定输出。图4-27并网电压电流及A相电压波形图4-27改变光照强度，光幅阵列通过电压源型逆变器输出的并网电流、电压的相位也完全相同。图4-28并网有功和无功功率图4-28太阳能元件透过转换器向电力系统发出的主动和被动电源模拟结果，可以从光幅逆变器提供的主动电源快速观察到对应光强度下的最大输出功率，而无功功率接近0，功率因数等于从而证明了并网光幅逆变器控制模型能有效保证光幅逆变器的改造效率，实现太阳能的最大利用。从图中可以看出，当保持辐射强度不变、改变温度时，输光的光电电压表有功功率仍能在相应光强下快速跟踪到最大输出功率，无功功率几乎为0，功率因数为1。这表明，建立的光幅并网逆变器的控制模型可以有效保证光幅变换器的转换效率最大化。5结论本次设计建立了以光幅储能为核心的光储型微电网仿真系统，采用了两级式光幅发电系统，实现了光幅电池最大功率点跟踪(MPPT)控制。还建立了光储型微电网系统的整体仿真分析，对光储型微电网独立运行与并网运行进行具体分析，得到以下结论：1.光储型微电网系统中，在两极式光幅发电系统中，改变光照强度，得出电压可以立即追随到MPPT上，验证了MPPT控制模块的有效性。2.在光储型微电网运行时，负载的改变会使系统受到一定的波动，但是，V/f控制模块可以是系统调节迅速，最短时间维持在原来的运行水平上。3.当光幅电源或负荷存在波动时，蓄电池储能系统的跟踪性能还存在一些欠缺，有待改进。参考文献[1]鲁宗相，闵勇，乔颖.微电网分层运行控制技术及应用[M].北京：电子工业出版社，2017.[2]张建华，黄伟.微电网运行控制与保护技术[M].北京：中国电力出版社，2010.[3]B.Kronoski,R.Lasseter,T.IseandS.Morozumi.Makingmicrogridswork[J].IEEEpowerandenergymagazine,2008,6(3):40-53.[4]裴晓娟，王倩，金英博.分布式发电对配电网电压的影响[J].电气时代，2011，25(2)：66-68.[5]苏玲，张建华，王利，等.微电网相关问题及技术研究[J].电力系统保护与控制，2010，38(19)：235-239