基于Matlab_Simulink的三相光伏发电并网系统的仿真

1、标题：基于matlab/simulink的三相光伏并网系统仿真学科：名称：学号：师父：目录一、背景和目的3二、实验原理31.并网逆变器的状态空间和数学模型31.1主电路拓扑41.2三相并网逆变器dq坐标系数学模型4基于1.3电流双环控制的原理分析52.lcl过滤器原理6三、实验设计81.lcl过滤器设计81.1lcl滤波器参数设计约束81.2lcl筛选器参数计算81.3lcl过滤器参数设计示例9双闭环控制系统设计102.1网络侧电感电流外环控制器设计102.2电容器电流内环控制器设计112.3计算控制器参数11四、实验模拟和分析12五、实验结论16一、背景和目的传统化石能源的不足、石油价格的暴

2、涨、生态环境的恶化促进了可再生能源的开发和利用。太阳能发展的许多优点使研发、产业化制造技术及市场开拓成为世界各国，尤其是发达国家展开激烈竞争的主要热点。近年来，世界太阳发展继续保持较快的发展，90年代后期世界太阳电池市场进一步出现供给不足的局面，进一步促进了发展速度。目前，太阳能利用主要有光热利用、太阳能利用和光化学利用三种主要形式，太阳能发电有以下明显的优点。1.无污染：绝对零排放-没有任何物质和声音、光、电、磁、机器噪音等“排放”。2.可再生：资源可以直接输出无限、高质量的电力，具有理想的可持续发展特性；3.资源的普遍性：根本没有地理限制，但只是地区间的丰富多彩；4.通用性，龙湾区：电源可

3、以通过输电线路轻松传输、使用和存储。5.分布式电力系统：整个能源系统的安全性和可靠性将会提高，尤其是在自然灾害和战斗准备方面；6.资源、发展、电力的同一地区：预计将大幅降低对远程输电及变电设备的投资费用；7.灵活性，简化：发电系统可以根据需要模块化集成，容量小但容易膨胀，维护系统运行所需的裴珉姬维修非常少，系统是组件，移动部件不会快速安装、磨损、损坏；8.光伏建筑集成：节约发电基地使用的土地面积和成本，是当前国际研发的前沿，也是相关领域科学技术界最热门的话题之一。我国是世界主要能源生产和消费大国之一，也是以煤炭为主要能源的几个国家之一，提高能源利用效率，调整能源结构，开发新能源和可再生能源是实

4、现我国经济和社会可持续发展的能源方面的重要选择。随着我国能源需求的不断增加和化石能源消费对环境污染的压力的提高新能源和可再生能源的开发利用受到了国家的关注和社会的关注二、实验原理1.并网逆变器的状态空间和数学模型1.1主电路拓扑图1.1显示了三相并网发电系统的拓扑结构。其中，idc1是直流输入电源，c1是输入直流总线滤波器电容器，t1到t6是用于三相逆变桥的6个igbt开关，r1是滤波器电感l1的内部电阻和每个相桥臂，下部管互锁死区导致的电压损失，r2是滤波器电感l2的内部电阻，l1，l2，control图1.1三相并网发电系统拓扑图1.2三相并网逆变器dq坐标系数学模型滤波器状态空间模型的具

5、体形式与选定的状态变量相关，在此选择l1的电感电流i1、电容c1的电压uc，以建立使用lcl滤波器的三相并网逆变器的状态空间数学模型。并且栅格连接电感l2的电流i2在三相平衡状态下根据park变换，两相同步旋转dq坐标系下的状态方程为：ud、uq、usd和usq是三相桥式电压和电网电压的dq组件。根据dq坐标系下lcl滤波器的数学模型，旋转3/2变换在系统的d轴和q轴之间引入了强耦合，d，q轴电流除ud和uq控制外，还引入了耦合电压l1i1q，-l1i1d，-l2i1q，-l2i2d和耦合电流c2ucq，-c2u cq如果不执行d轴和q轴的解耦控制，则d轴和q轴的电流命令跟踪不理想于电流闭环控

6、制。基于电流双环控制的1.3原理分析基于并网电流的单环pi控制不能使系统稳定运行，使用电感电流i1作为内环电流反馈的电流双环控制不能显着提高系统稳定性，但是使用电容电流ic作为内环反馈的双环控制可以在选择适当的内环控制器参数时使系统稳定运行，如图1.3.1所示图1.3.1刘涛电流外环电容器电流内环系统框图(3)形式中；您也可以按打印部分。参考信号，将图1.3.1等效转换作为图1.3.2所示的电流双环控制系统等效图。在图1.3.2中，反馈信道的反馈信号由电容器电流和并网电流和积分量，分别乘以三个常数系数形成。从容量电流和并网电流及其积分量作为系统的三种状态变量来看，图1.3.2是由、构成的状态反

7、馈增益矩阵的状态反馈控制系统。改变内环控制参数时，容量电流和并网电流及其积分量的反馈通道系数和均发生了变化，电流双环控制器不能改变、的值，将系统的闭环极点置于所需位置，以满足性能指标要求，也是下一步使用高极点配置设计电流双环控制器参数时需要解决的问题。图1.3.2并网逆变器双环控制系统等效框图lcl过滤器原理与l不同，lcl是第三级模型，如果设计不正确，可能会影响系统的稳定性，因此需要分析lcl过滤器的整个模型。设计了参数，使逆变侧电流谐波和电容器吸收无功，以及网络侧电流谐波含量标准。图2.2.1单相lcl过滤器拓扑单相lcl频率特性分析和研究图2.2.1显示了逆变器侧输出交流电压、电网侧电压

8、、逆变器侧和电网侧滤波电感、相应电感的等效电阻、滤波电容和容量分支的电阻。lcl过滤器比l过滤器总和多，电容器分支为高频回流电流提供低阻抗路径，表示旁路高频电流，表示电感抑制电流的高频纹波。与逆变侧和网状侧电阻、灵敏度相比，可以小而忽略。图2.2.1拉普拉斯变换获得2.2.2等滤波器的方块图。结果表明，lcl滤波器中逆变器侧电感分支与网络侧电感分支和电容分支并行电路串联，得出滤波器的传递函数。图2.2.2 lcl过滤器的方框图系统的串行阻抗为：(2-1)逆变侧电流是网络侧滤波器电感和电容的关系。(2-2)将逆变器侧电流和公式(3-2)导入，得到网状侧电流。(2-3)从逆变侧电压到网络侧电流的传

9、递函数如下。(2-4)在电路滤波器设计过程中，电力开关组件的纹波是设计的主要基础。在给定纹波衰减率的条件下，两个电感和电容的约束关系可以通过表达式(2-4)得到。但是，满足这些关系的参数可以是多个。这给lcl滤波器设计增加了困难，需要分析lcl滤波器的工作特性，找出电感和电容的约束条件。三、实验设计设计lcl过滤器1.1 lcl过滤器参数设计约束(1)lcl滤波器的电容可以导致无功功率的增加，从而降低功率因数。为了确保系统的高功率因数，电容器通常吸收的无功功率低于额定功率的5%。(2)电感总值必须小于。也就是说，否则需要更高的直流电压来控制电流，从而增加电源开关的损耗。(3)谐振频率应远离开关

10、频率，一般较小也将渡边杏，以避免由开关频率附近的谐波引起lcl谐振。否则，通过lcl过滤器放大低谐波电流。一般谐振频率在基本频率的10倍到开关频率的一半之间。(4)为了防止共振，需要增加阻尼电阻，但阻力太大，不能防止过度损耗，从而降低效率。1.2 lcl筛选器参数计算(1)电感计算：(3-1)u是网络侧相位电压有效值、谐波电流峰值、开关频率。(2)总电感值的约束：(3-2)其中是直流总线电压、银网络侧相位电压峰值、相位电流峰值和(3-3)(3)计算电容c首先确定共振频率，然后根据公式，可以：(3-4)计算电容c值。此外，还可以使用总功率的5%的电容功耗。其中e是网络侧线电压有效值，基本频率。(

11、4)电容引起的串联电阻(3-5)满足有源电力和无功控制要求的限制很多，概括如下：(1)滤波电容器吸收的无功功率最小化。(2)逆变侧电流纹波最小化。(3)谐振频率与开关频率及其倍数附近不一致。(4)提高逆变电压的电网侧电流控制。1.3 lcl过滤器参数设计示例选定直流总线电压800v，电网电压380v/50hz，总功率100kw，开关频率选择5khz，最大输出相位电流10a，逆变侧滤波电感，网络侧滤波电感，滤波电容，电容的串联电阻，单回路控制策略。根据前面介绍的参数计算方法，您可以获得：电感约束值总计：而且，又来了所以理想的总电感为3毫米。因为，而且，可以使用。谐振频率：满足约束条件：然后，在单

12、环控制策略中，可以获得电容耦合电阻：双闭环控制系统设计2.1网络侧电感电流外环控制器设计下图是基于lcl滤波的三相并网逆变器原理图生成系统的线性控制模型。图3.1.1基于主动制动的线性系统控制根据文献2，使用lcl滤波器的传递函数计算pi调节器的参数：(3-6)与小惯性链接：相同的逆变器如果忽略值较小的值，f(s)将缩写为：(3-7)然后可以使用控制目标的传递函数。(3-8)已知pi调节器的传递函数如下：其中=ht设置为类型ii系统后：(3-9)典型类型ii系统的传递函数包括：(3-10)其中，选择h，过滤器参数，c和的值后，将计算k，得出此值，电容器的串联电阻为：(3-11)这是一种理论计算

13、方法，为了获得更好的滤波效果和稳定的伏安波形，仿真过程中的每个参数都必须进行适当的调整。2.2电容器电流内环控制器设计系统线性控制模型对电容电流内环控制对象传递函数如下。由于的数量，忽略可按如下方式简化控制对象：典型的i型系统包括：要将上述控制对象设置为i型系统，请使用pi调节器。而且，3，c=20uf，t为0.0002s，因此，如果使用t和rc中的较大数字，则=rc，设置i系统为：而且，此外，使用kt=0.5时，会计算允许的值，因为过冲较小，动态响应快。2.3控制器参数计算根据2.1节可设置的电网连接电感电流外环传输如下：典型的类型ii系统包括：其中，如果开关频率为5khz，则t=0.000

14、2s，h=5，动态响应是适当的。例如：即：另外，可用：根据2.2节计算电容电流内环的pi调节器的参数：四、实验模拟和分析本文介绍的lcl滤波器参数的设计方法和使用的电流双环控制策略的可靠性，为了验证系统是否达到预期的稳定性，第三章系统设计了仿真，根据上述内容计算的每个参数、滤波器电感、滤波器电容、电容的串行电阻、栅格连接电感电流外部环pi调节器参数如下：下图是基于lcl滤波器的光伏三相并网逆变器双环控制仿真电路。图4.1基于lcl滤波器的光伏三相并网逆变器双环控制仿真电路(1)有源电力和无功波形图4.2有效和无功波形如图4.2所示，系统的无功功率为零，有效功率稳定为8000w，小于8000w是

15、由于有效功率损失引起的。(2)电网电压波形图4.3电网电压波形三相栅格连接和相同电压，以相同频率确定电压，因此模拟电压波形在模拟中设置了单相初始相位0、b、c二相一阶差分120，如上图所示。(3)逆变器输出电压和电流波形图4.4逆变器输出电压和电流波形如图4.4所示，电压和电流在相同频率下实现单位功率因数并网。(4)并网电流模拟波形(a)逆变侧滤波电感的电流波形(b)逆变侧滤波电感的电流波形图4.5基于lcl滤波器的逆变并网电流波形网格连接电流模拟波形如图4.5所示，上半部分是逆变侧滤波电感的电流，下半部分是网络侧电感的电流。从该并网电流模拟波形可以看出，逆变侧电感电流模式波郑智薰网络电感电流重排是通过网络电感电流和两个电感的过滤实现的，因此，逆变侧电感电流通过一个电