光伏发电系统篇:双级式并网系统实时仿真

光伏发电作为重要的可再生能源利用方式,受到广泛关注。双级式光伏并网是目前常见的一种光伏并网拓扑结构。与单级式相比,结构较为复杂,但前、后级可分开控制,应用灵活,且控制方法较简单。

本篇中我们基于 EasyGo 实时仿真器 EGBox Mini对双级式光伏并网系统进行仿真实验。通过与离线仿真对比,可以看到 EasyGo 实时仿真设备能在实际科研/教学中替代真实设备进行级式光伏并网系统的仿真模拟,再次验证了 EasyGo 实时仿真平台的准确性与可靠性。

 
 
双级式光伏并网系统
 
 

双级式光伏发电并网系统是光伏技术中的一种重要并网方案,其核心是通过两级功率变换器(前级 DC-DC 变换器和后级 DC-AC 逆变器),先将光伏阵列输出的直流电进行最大功率点跟踪(MPPT)和升压稳压,再转换为与电网电压、频率及相位同步的交流电,并实现并网接入。

双级式非隔离型光伏发电并网系统的拓扑如图:

TwoStage_PV_3Phase说明_01.jpg

三相光伏并网主要包括:光伏电池模块、最大功率跟踪控制、三相逆变器及逆变控制、逆变器出口滤波以及交流电网。并网逆变控制采用基于dq解耦的双闭环控制,控制框图如下:

TwoStage_PV_3Phase说明_02.jpg

电压环外环)逆变侧直流电压与给定直流电压进行比较,经过 PI,作为电流环内环)参考值 id_ref。电流环 q 轴参考值一般给定为 0,以达到并网效率最大(理想情况下功率因数为1)。

系统的整体拓扑结构如图:

TwoStage_PV_3Phase说明_03.jpg
离线仿真
 
 
 

搭建双极式光伏并网离线模型如下所示。

TwoStage_PV_3Phase说明_04.jpg

光伏电池在标准情况(温度 25℃,光长强度 1000W/㎡)下,单块光伏电池开路电压 44.2V,最大功率处电压 35.2V,短路电流 5.2A,最大功率处电流 4.95A。

光伏电池串联数为 10,并联数为 58,额定功率 100kW,正常运行过程中,逆变器直流侧电压 500V,交流电网电压 380V。

TwoStage_PV_3Phase说明_05.jpg

目前,光伏 MPPT 控制算法应用比较普遍的有电导增量法,恒定电压法,扰动观察法等。本模型采用电导增量法进行最大功率跟踪,根据太阳能电池上的日照强度变化时,其最大功率点处功率对电压导数为0,即dP/dU=0。

TwoStage_PV_3Phase说明_06.jpg

运行模型,逆变器直流侧电压给定值为 500V,光照强度给定值分别为1000—1200—1000—800W/㎡,验证光伏整体控制性能。在0.05s启动光伏,在0.1s启动 VSG 控制,得到仿真结果如下图所示:

TwoStage_PV_3Phase说明_07.jpg

从波形可以看出:在 0.1s 启动 VSC 控制后,Vdc 在短时间被控制到设定值 500V;在光照强度变化时,系统也能快速跟随变化,并维持稳定。

EasyGo 实时仿真
 
 
 
EGBox Mini 产品系列是基于 CPU+FPGA 硬件架构设计的一体式紧凑型实时仿真产品,属于 EGBox 系列实时仿真器的入门级产品。其不同型号可完成硬件在环测试系统(HIL)或者快速控制原型系统(RCP)。
控制模型拓扑模型分别通过仿真上位机部署进两个实时仿真器(EGBox Mini),整体架构如下图所示:

1、给定逆变器直流侧电压 500V,温度 25℃,光照强度 1000W/㎡。

TwoStage_PV_3Phase说明_10.jpg

可以看到:启动光伏后,光伏发电功率值 Power_pv 明显增大到额定发电功率 100kW 左右;启动 VSC 控制,与离线结果相同,Vdc 在短时间被控制到设定值 500V 左右。

2、不改变给定电压和温度,光照强度从 1000W/㎡ 依次调整为 1200W/㎡,1000W/㎡,800W/㎡ 时,可以看到系统能快速跟随变化,并维持稳定。

TwoStage_PV_3Phase说明_11.jpg

可以看到:光伏发电功率 Power_pv 变化与光照强度变化成正比。光照强度由 1000W/㎡ 变到 1200W/㎡ 时,光伏发电功率 Power_pv、电流 I_pv 及有功功率 P 明显增大;从 1200W/㎡ 变到 1000W/㎡ ,再到800W/㎡ 时,随之减小,同时系统也能快速跟随变化,并维持稳定。

 
 
 
 
 
 

EasyGo实时仿真平台基于Matlab/Simulink的实现方式具有上手快、通用性强的特点,在完成端口配置的基础上可以实现免培训操作上位机软件 Desksim 可通过在线调参功能对系统的功率电路部分进行实时调控,这里就不过多赘述

双级式光伏并网实时仿真就分享到这里了,欢迎感兴趣的工程师们留言沟通。

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2025年9月18日 17:30
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