具有MPPT功能的单级式光伏并网发电系统仿真分析

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单级式光伏发电系统MPPT的实现与稳定性研究

电力电子技术ＰｏｗｅｒＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＶｏｌ．４２，Ｎｏ．３Ｍａｒｃｈ，２００８第４２卷第３期２００８年３月基金项目：台达环境与教育基金会《电力电子科教发展计划》资助重点项目（ＤＲＥＫ２００５０１）定稿日期：２００７－１０－０８作者简介：刘飞（１９７７－），男，湖北汉川人，博士生，研究方向为三相光伏并网发电系统控制研究。

１引言随着传统能源的日益枯竭，太阳能已成为极具发展潜力的新能源，而光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一［１］。

光伏发电系统可分为独立供电系统和并网系统两种，在此讨论单级式光伏并网发电系统，其最大优点就是效率高，只有一个能量变换环节，拓扑结构简单，无需储能环节。

单级式光伏并网发电系统采用电压型光伏并网逆变器实现了逆变功能；通过数字控制技术在并网逆变器交流侧实现了最大功率跟踪功能和单位功率因数并网运行，同时利用波形控制技术降低了并网电流波形的ＴＨＤ，减少了谐波对电网的污染，达到了高质量的并网发电以及高效率的要求。

在此，主要针对三相光伏并网发电系统的运行特点、系统结构、并网控制策略及最大功率跟踪的实现等性能要求进行了理论分析，针对最大功率跟踪算法的实现和并网控制策略的配合问题进行了稳定性分析，最后给出一种适合三相单级式光伏并网系统的控制方案，满足了太阳能光伏发电系统ＭＰＰＴ的实现和并网发电的要求。

通过仿真和实验装置验证了采用所提出的基于扰动观测法实现ＭＰＰＴ的三相光伏并网系统控制方案的可行性。

２并网逆变器的状态空间数学模型２．１主电路拓扑图１示出三相光伏并网发电系统。

并网逆变器包括输入直流母线滤波电容Ｃ１和６个ＩＧＢＴ开关管的三相全桥电路，以及由Ｌ１，Ｃ，Ｌ２组成的三阶滤波器。

由于相对传统的单Ｌ及ＬＣ滤波器，ＬＣＬ滤波器对谐波有更好的衰减特性，因此采用ＬＣＬ结构的滤波网络可实现并网逆变器与电网的连接。

２．２基于ＬＣＬ滤波器三相并网逆变器建模滤波器状态空间模型的具体形式与所选状态变量有关，为了建立采用ＬＣＬ滤波器的三相并网逆变器的状态空间数学模型，这里选择Ｌ１的电感电流ｉ１ａ，ｉ１ｂ，ｉ１ｃ，电容电压ｕＣａ，ｕＣｂ，ｕＣｃ及并网电流ｉ２ａ，ｉ２ｂ，ｉ２ｃ为状态变量，根据ＫＶＬ，ＫＣＬ定理，可以列出ａ，ｂ，ｃ三相的状态方程。

单级式光伏发电系统MPPT的实现与稳定性研究

ｒａｉｅｙｕｉｇｉｒｖｄＰｔｏ．ｈｎｔｅｓａｉｔｎｕｎｅｙｔｅｉｔｒｃｉｎｏｅｆｒｇｉｇｃｎｒｌｍｅｈｄｅｌｄｂｓｎｍｐｏｅ＆ＯｍｅｈｄＴｅｈｔｂｌｙｉｆｅｃｄｂｈｎｅａｔｆｔｏｅｏｎｏｔｏｔｏｓｚｉｌｏｈｗｓａａｙｅ．ｉａｌｈｏｒｃｎｓｎｖｉｂｌｙｏｕｈｔｅｒｒｒｖｄｂｈｉｌｔｎａｄｅｐｒｎｓａｎｌｚｄＦｎｌｔｅｃｒｅｔｅｓａｄａａｌｉｔｆｓｃｈｏｙａｅｐｏｅｙｔｅｓｍｕａｉｎｘｅｉｙａｉｏｍｅｔ．Ｋｅｗｏｄ：ｖｒｅ；ｆｔｒｈｔｖｈｉｒｄｃｎｅｔｄｙｒｓｉｅｔｒｉｅ／ｐｏｏｏａｃｇｉ — ｏｎｃｅｎｌ
Ｅｅｔｎｃ（ｏＲＫ０５１ｌｒｉＮ．Ｅ２００）ｃｏｓＤ
１引言
随着传统能源的日益枯竭．太阳能已成为极具发展潜力的新能源．而光伏发电是当前利用太阳能的主要方式之一『光伏发电系统可分为独立供电系ｌＪ。统和并网系统两种．在此讨论单级式光伏并网发电系统，其最大优点就是效率高，只有一个能量变换环节，拓扑结构简单，无需储能环节。单级式光伏并网发电系统采用电压型光伏并网逆变器实现了逆变功能：通过数字控制技术在并网逆变器交流侧实现了最大功率跟踪功能和单位功率因数并网运行，同时利用波形控制技术降低了并网电流波形的ＴＤ，少了谐波对电网的污染，到Ｈ减达了高质量的并网发电以及高效率的要求。在此，主要针对三相光伏并网发电系统的运行特点、系统结构、网控制策略及最大功率跟踪的实并现等性能要求进行了理论分析．针对最大功率跟踪算法的实现和并网控制策略的配合问题进行了稳定性分析，最后给出一种适合三相单级式光伏并网系统的控制方案，满足了太阳能光伏发电系统ＭＰＴＰ的实现和并网发电的要求。通过仿真和实验装置验

带有MPPT功能的光伏阵列的通用建模与仿真

ＭＰＰＴＣｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｉｒａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈ，２０１２，３８３：５９１ — ５９７．
［５］ＮｉａｎｃｈｕｎＷ，ＱｉｎｇｓｈａｎＸ．ＭｏｄｅｌｏｆＳＰＧ１７８６Ｔ一０２Ｅｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｍｏｄｕｌｅｉｎ
Ｏｎ位ｎｏＩａ∞ ｎ∞ ｎ１．０１２．０１４０．１６０，１８０．２
了该光伏阵列通用模型能够应用于实际系统仿真研究中。 ●
【参考文献】
［１］虞华，郭宗林，陈光亚，等．新能源产业现状及发展趋势【ＪＪ．中国电力，２０１１，４４
Ｏｎ驼味ｏ．ｎ０Ｂ似Ｂ０．１．０１２．１０４ｎ１６Ｑ１８０．２
ｋ＝Ｏ８ｋ｜Ｂ
ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎ。ｌ。ｇｙＶｉｓｉ。ｎ科技视界ｌ１９７
ｍａｔｌａｂｓｉｍｕｌｉｎｋ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒｎｓａ．ｏｎＥｎｅｒｙｇＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００７，２２（２）：４３９ — ４４９．
［责任编辑：汤静］
Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｉｓｉｏｎ
科技视界
科技・探索・争鸣

具有MPPT功能的光伏系统仿真

ｃｈａｒａｃｔｅｉｓｒｔｉｃｏｆｓｏｌａｒｐａｎｅｌａｎｄｔｈｅｐｉｎｒｃｉｐｌｅｏｆＭＰＰＴ，ａｖｅｒｓａｔｉｌｅｂｏｏｓｔｃｏｎｖｅｒｔｅｒ－ｂａｓｅｄｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙＭａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｙｓｔｅｍｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｏｄｅｌｗｉｔｈｔｈｅｐｅｒｔｕｒｂａｎｄｏｂｓｅｒｖｅｍｅｔｈｏｄｕｎｄｅｒｂｏｔｈｓｔｅａｄｙａｎｄｄｙｎａｍｉｃｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｏｌａｒｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ．Ｃｏｍ－ｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｏｌａｒｉｒａｄｉａｔｉｏｎｈａｓａｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓｉｍｐａｃｔｏｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆｓｏｌａｒｐａｎｅｌｕｎｄｅｒｄｙｎａｍｉｃ
通过对太阳能电池等效电路和输出特性的分析以及对最大功率点跟踪原理的研究，利用Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，并结合Ｂｏｏｓｔ电路，构建了通用型的光伏系统仿真模型．该仿真模型采用扰动观测法跟踪太阳能电池最大功率，并对太阳能电池在环境温度、日照强度固定及动态变化情况下的最大功率点跟踪进行了仿真测试，测试当两者同时变化时，日照强度变化对太阳能电池输出功率的最大值影响比较大，其中当日照强度增大２００Ｗ／ｍ时其输出最大功率增幅达２８％．仿真结果表明，该模型能够准确迅速地对太阳能电池的最大功率点进行跟踪．关键词：太阳能电池；最大功率点跟踪；扰动观测法；Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ

单级式光伏并网系统MPPT研究

摘
要：针对目前ＭＰＰＴ方法中常用的扰动观察法的缺点，提出了一种自适应变步长算法，将其应用于并网系
统仿真模型中．仿真结果表明，采用自适应变步长ＭＰＰＴ算法的系统在外界环境突变的条件下，能够准确、快速地跟踪最大功率点，且满足并网要求，并具有良好的动态及稳态特性．
ｍｅｔｈｏｄ，ａｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｓｔｅｐ— ｓｉｚｅａｌｇｏｒｉｈｍｉｔｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｇｉｄｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｔｈｅｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｎｇｖａｒｉａｂｌｅｓｔｅｐ — ｓｉｚｅＭＰＰＴａｌｇｏｉｔｒｈｍｃａｎｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙａｎｄｒａｐｉｄｌｙｔｒａｃｋｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔ
第３１卷第１期
２０１５年２月
上
海电力学院学
报
Ｖｏ１．３１．ＮＯ．１Ｆｅｂ．２０１５
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈａｎｇｈｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ

光伏发电系统MPPT研究与仿真

光伏发电系统MPPT研究与仿真作者：赵春柳来源：《电脑知识与技术》2016年第29期摘要：光伏电池的利用率一般受辐照度、温度等因素的影响，在光伏发电系统中，为寻求光伏电池的最优工作状态，都采用最大功率点跟踪（MPPT）技术。

本文以常用的定电压跟踪法（CVT）、扰动观测法（P&O）和电导增量法（INC）为研究对象，搭建PSIM仿真电路，Visual C++生成的DLL实现相关MPPT算法。

通过在辐照度、温度变化下的PV系统三种MPPT算法功率跟踪效率的仿真结果，分析三种MPPT技术的有效性和优缺点。

分析结论对光伏发电系统选择MPPT算法具有指导意义。

关键词：MPPT；定电压跟踪法；扰动观测法；电导增量法中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）29-0257-03当今世界正迅速地从工业化社会向低碳社会转化，能源利用正向可持续发展方向转变，因此发展绿色能源成为趋势。

太阳能光伏发电由于其可再生性、清洁性等特点，正在发展为全世界绿色能源组成中的重要部分。

最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）技术是光伏发电高效利用的关键技术之一，同时MPPT技术是光伏发电系统中的一个通用综合性技术，涉及光伏阵列建模、优化技术、电力电子变换技术及现代控制技术等。

因此，在光伏发电系统中，普遍采用MPPT技术，以求高效利用太阳能。

1变换器主电路为了便于比较各种MPPT算法的优缺点，本文建立统一的光伏发电系统模型，如图1所示，采用Boost变换器、电阻性负载。

为了便于分析几种MPPT算法最大功率跟踪的效率，Boost变换器中器件均采用理想器件。

2光伏系统的最大功率点跟踪技术2.1定电压跟踪法定电压跟踪（Constant Voltage Tracking，CVT）法是最早出现的光伏功率输出控制算法。

在辐照度大于一定值并且温度变化不大时，光伏电池的输出最大功率时其输出电压在某一值附近，只要控制光伏电池输出电压在该电压处，即可控制太阳能电池板输出最大功率。

单级式光伏并网发电系统的仿真分析

收稿日期:2007-01-22 修回日期:2007-02-15第25卷第3期计算机仿真2008年3月文章编号:1006-9348(2008)03-0245-06单级式光伏并网发电系统的仿真分析冯海峰1,马德林2,许良军1(1.北京邮电大学自动化学院,北京100876;2.厦门迈士通电器有限公司,福建厦门361009)摘要:对于光伏发电系统而言,最主要的问题是提高系统的效率和稳定性。

为了克服传统两级式光伏并网系统在效率和稳定性上的不足,文中改进了单级式光伏并网系统电路拓扑和适用于此拓扑的最大功率点跟踪算法,并通过在M atl ab S i m u li nk 环境中搭建仿真模型,模拟系统在外部光照发生变化时的输出特性并对其进行验证和研究。

仿真结果显示该系统能够高精度地实现对光伏电池最大功率点的跟踪(M PPT ),高效地通过逆变器将有功功率送入电网,且输入电网的无功功率可调。

关键词:光伏电池;最大功率点跟踪算法;并网逆变器;无功功率控制;仿真模型中图分类号:TM 92 文献标识码:ASi m ul ation Analysis of Si ngle -Stage G ri d ConnectedSol ar Inverter Syste mFENG H ai-feng 1,MA De-lin 2,XU L iang-j u n1(1.A utom ati on Schoo l of BU PT,Be iji ng 100876,Ch i na ;2.X i am en M ilest one E lectron ic Co .L t d ,X ia m en Fu jian 361009,China)ABSTRACT :In pho tovo lta ic technique ,high e fficiency and re li ability a re m a i n proble m s to be so l ved .Two -level gr i d-connected pho tovolta ic syste m has obv ious dra wbacks w ith respect to e fficiency and re li ability .A nove lm ethod fo r s i m u l a ting the w ork status of the PV ce lls and inverte r usi ng nor m a lm odu l es o ffe red by the M ATLA B so ft ware package is presen ted i n t h is paper .The d iffe rent outpu t features are researched when t he i nso l a ti on are changed .The si m ulati on results i ndicate that t h is syste m can track the m ax i m u m po w er po int auto m aticall y w ith h i gh accuracy and transfe r ac tive pow er to gr i d w ith h i gh effic i ency .The reacti v e power transferred to gr i d is under contro.l KEY W ORDS :PV cel;l M PPT;G r i d connected i nverter ;R eacti v e po w er contro ;l S i m u lati on m ode l1 引言光伏并网发电技术是新能源领域最近十多年发展起来的一个重要方向,它将光伏发电系统直接与电网相连,省掉了体积大,易损耗的蓄电池;在城市中安装,光伏阵列可以实现与建筑的一体化,节省安装成本;分散发电,就地使用,避免了输配电损失,减少了温室气体的排放。

光伏并网发电系统的MPPT_电压控制策略仿真

投稿日期：2009-11-12 修订日期：2009-12-14
系统的应用产生积极的影响，具有十分重要的意义。针对上述问题，本文提出一种基于最大功率点跟踪（MPPT）与电压控制相结合的三相光伏并网控制策略，使光伏系统在实现最大功率点跟踪的同时，还能够控制并网接入点处系统侧的交流电压，维持系统的电压恒定，以此节省相应设备的投资，提升光伏并网发电系统的应用前景。
tracking ， MPPT）提供的直流侧电压参考量的闭环控制调节并网电流的有功分量，引入交流侧电压参考量的闭环控制
调节并网电流的无功分量，实现了具有 MPPT 和电压控制能力的三相光伏并网发电技术。仿真结果表明 MPPT-电压控制策略既能够实现光伏并网的最大功率点跟踪，也能够控制光伏发电系统接入点的交流电压，进一步提升了光伏并网发电系统的应用前景。关键词：发电系统，电压控制，算法，光伏并网，最大功率点跟踪（MPPT），仿真 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.01.047 中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1002-6819(2010)-01-0267-05 吴红斌，陶晓峰，丁明. 光伏并网发电系统的 MPPT-电压控制策略仿真[J]. 农业工程学报，2010，26(1)：267－271. Wu Hongbin, Tao Xiaofeng, Ding Ming. Simulation of photovoltaic grid-connected generation system with maximum power point tracking and voltage control strategy[J]. Transactions of the CSAE, 2010, 26(1): 267－271. (in Chinese with English abstract)

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阵列模型模拟了光照和温度变化条件下光伏并网系统的输出情况。仿真实验表明，该单级式光伏并网发电系统能
够迅速、有效地跟踪到光伏阵列的最大功率点，在并网电流的控制方面能准确的跟踪电网电压相位，使逆变器的输出电流与电网电压同频同相，保证了电流输出波形为正弦且纹波较少。
０引言
光伏发电分为独立光伏系统和并网光伏系统，独立光伏系统电池费用占总费用的２％Ｌ，本较０２成］高，并网型光伏发电由于其造价低，出电能稳而输定，有广阔的发展前景＿，是未来发展的方具３也Ｊ向。因此，文建立了单级光伏并网系统电路，本采用光伏阵列仿真模型进行了光伏发电系统仿真研究，使光伏系统输出电流相位跟踪电网电压相位
ＺＨＡＮＧｅｇＺｈｎ
（ｉｉｇＥｅｔｃＰｗｒＤｓｎＩｓｔｉ，ｒｍｑ８００，ｈｎ）ＸｎａｌｒｏｅｅｉｔｕｏＵｕｕｉ３０２Ｃｉａｊｎｃｉｇｎｉｔｎ
ＡｂｔａｔＴｉｐｐｒｉｔｄｃｓｔｅｓｕｔｒｎｏｔｌｆｓｇｅｓｇｒ－ｏｎｃｅｈｔｖｈｉｙｔｍｓｂ・ｓｒｃ：ｈｓａｅｎｒｕｅｈｔｃｕｅａｄｃｎｒｉｌｔｅｇｉｃｎｅｔｄｐｏｏ０ａｃｓｓｅｅｔ－ｏｒｏｏｎａｄ— ａｌｈｓｐｏｏｏｔｉｒａｄｌｎｒｄ— ｃｎｅｔｄｐｏｏｏａｃｍｏｅｎｉｌｔｓｔｅｏｔｕｆｒ — ｏｎｃｅｉｅｈｔｖｌｃａｒｙｍｏｅｄｇｉ — ｏｎｃｅｈｔｖｈｉｄｌｄｓｓａａａｍｕａｅｕｐｔｉｃｎｅｔｄｈｏｇｄ— ｐｏｏｏａｃｓｓｅｗｉｅｃａｇｆｉｕｎｔｎａｄｔｍｐｒｔｒｙｐｏｏｏａｃａｒｙｍｏｅ．Ｓｍｕａｉｎｅｐｔｈｔｖｈｉｙｔｍｔｔｈｎｅｏｌｍｉａｉｎｈｈｌｏｅｅａｕｅｂｈｔｖｈｉｒａｄ１ｉｌｔｘｅ — ｏｉｍｅｔｓｏｈｔｈｓｓｎｌｔｇｒ — ｃｎｅｔｄｐｏｏｏｔｉｙｔｍｕｃｌｎｆｃｉｅｙｔｃｓｔｅｍａｉｍｎｈｗｓｔａｉｉｇｅｓａｅｇｉ — ｏｎｃｅｈｔｖｌｃｓｓｔｄａｅｑｉｋｙａｄｅｅｔｌｒｋｈｘｍｕｖａｐｗｒｐｉｔｎｐｏｏｏａｃａａ，ａｃｒｔｌｒｃｓｔｅｖｌｇｈｓｓｆｒｄ～ｃｎｅｔｄｃｒｅｔｃｎｒｌｓｏｅｏｎｈｔｖｈｉｒｙｃｕａｅｙｔｋｈｏｔｅｐａｅａｏｉａａｏｎｃｅｕｎｏｔ，ａ－ｏｓｒｓｔｅｏｔｕｕｅｔｏｖｒｒａｄｔｅｕｅｈｕｐｔｒｎｆｉｅｔｎｈｃｎｅｄｖｌｇｆｔｅｓｍｅ￣ｑｅｃｎｈｓｎｕｒｎｅｓｔｅｓｎ — ｏｔｅｏａａｈｅｕｎｙａｄｐａｅａｄｇａａｔｅｈｉｕ
性能的关键，光伏系统可以分为单级式光伏系统和
两级式光伏系统。传统的两级式系统由直流变换环节和逆变环节构成，率点控制由直流变换环节功完成，后者控制逆变及并网过程，然设计思路及虽
ｓｉａｖｆｒｗｉｅｔｐｅｆｃｒｅｔｏｔｕ．ｏｄｌｗａｅｍｔｆｗｐｌｓｏｕｎｕｐｔｏｈｉＫｅｒｙｗｏｄｓ：ｈｏｏｏｔｉｐｔｖｌａｃ；ｉｖｒｅｎｅｔｒ；ｍａｉｘｍｕｍｏｒｔａｋｎｇ；ａｍｉｔｎｅｉｃｅｎｐｗｅｒｃｉｄｔｃｎｒｍｅｔａ
第３３卷
第６期
黑龙江电力
２１年１０１２月
具有ＭＰＰＴ功能的单级式光伏并网发电系统仿真分析
张峥
（疆电力设计院，新新疆乌鲁木齐８００）３０２
摘
要：阐述了单级光伏并网系统的结构及其控制过程，建立了光伏阵列模型和光伏并网发电系统模型，利用光伏
关键词：光伏；逆变器；最大功率跟踪；导纳增量中图分类号：Ｔ１．Ｍ６５２文献标识码：Ａ文章编号：０２—１６（０１００６０１０６３２１）６— ４７— ３
Ｓｍｕａｉｎａｌｓｓｏｉｌｔｇｒｄ —ｃｎｃｅｈｏｏｏｔｉｉｌｔｏｎａｙｉｆｓｎｇｅｓａｅｇｉｏｎｅｔｄｐｔｖｌａｃｓｓｅｔＭＰＰＴｕｔｏｙｔｍｗｉｈｆｎｃｉｎ