光伏储能系统功率控制仿真分析

新疆希望电子有限公司 刘 越

光伏储能系统功率控制仿真分析

新疆希望电子有限公司 刘 越

光伏发电系统在功率的输出方面容易受到外部环境的干扰，因此，它的干扰成分众多。本文就对光伏储能系统中的蓄电池的单员进行功率系统的仿真控制，以光伏并网为能量缓冲装置，从而来控制发电系统的功率输出。在文中建立以等效电路为基础的电池蓄能的光伏并网系统，并根据这个光伏系统建立整体的数学动态模型和相应的光伏并网系统设计控制策略，从而对系统中的光伏网络输出功率进行监控。并以随机光照的强度为干扰，对系统的输出电能质量和稳定性进行仿真研究。通过研究发现往，并网系统的灵活性强，能够很好的实现系统功率的稳定性控制，能够使电能的输出不受外界因素的影响。

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随着经济的发展和科学技术的不断加强，日益普及的不只是电子网络，还有新能源发展。在电力系统的发展中，风力发电不再是唯一，太阳能发电已成为电力公司的首选，并且占有的比重越越来越多。因为，太阳是一种间歇性的能源，它受环境和气候的影响。因此，它输出的功率也存在不可确定的风险性。因为天气是多变的，是不可预测的。在电力系统的发展中大规模的对光伏并网的装置进行投资，能够大幅度的提高电力系统的电能质量稳定性和安全性。但是，它仍然会受到外界环境和气候的干扰，因此，在光伏系统的的使用运行中，就要对其系统加装一定容量的储能装置，从而，在供电的过程中保证电能输出，使电力具有持续性和可靠性。

PV系统在白天电网用电的峰值也可以不断的给蓄电池充电。Bess系统在夜晚的运行方案是电网高峰用电，它可以将用电高峰值数据调节为负荷的恒功率输出数据。Bess系统在夜晚电网用电高峰时，也可以给电池充电。所以，作为UPS的重要负载备用电源PV-BESS就可以给它无限的电力。因此，它与以往沿用的蓄电池光伏电能储备系统相比，这个系统就增加了蓄电池储蓄电力的容量，使其能满足PV-BESS在混合电力系统中的使用性。使恒定功率的输出能够满足用电的要求，预防并消除外界因素对电网功率输出所产生的能量波动性。极大的提高了太阳能双向交/直流转换器的利用率。同时，在电网出现故障时，也能够对居民的基本生活用电提供保障。

1　光伏储能系统的控制原理分析

1.1光伏储能系统发电的原理

太阳能电池的DC/DC电路是光伏发电系统重要部分。它与以往的太阳能电池模型相比，电池所产生的光生电流Iph就成为它的等效电流。电池内部的等效串联电阻R和二级管，所输出的电流电压方程为：

Iph-ID =ISC(Ir/100)-I0(e(Qvs+IsRs)/mkT)-1= Is

其中，为太阳能的电池ID在没有阳光条件下，饱和电流ISC就变为短路电流。光的照射强度Ir。PN结点反向饱和电流I0。太阳能电池的输出电压vs。电子电荷e（1.6*10-19C）。k是玻尔兹曼常数（0.86*10-4Ev/K）。热力学的温度t。PN结点的常数曲线m。

太阳能电池运行的基本单元就是光伏电池板，它是由串联的多块儿单体电池片组合而成的。十几至几十伏都是它的一般输出电压，所以在建立光伏系统电池板发电模型时，就要走两个并联支路。但是，这两条电路的支路各需要36块儿单体的电池串联而成，从而取得PN结点的曲线常数为2。其I-U特征和P-U特征如图所示。在图中，我们也可以看到在温度设定下和辐射条件满足情况下，光伏电池具有唯一的最大功率输出点。但是，在实际的运用中，是无法保证光伏电池的总功率是在最大的输出点上的。所以，Boost的升压电路时光伏电池和蓄电池组运行发展的桥梁。因为，vs的值可以被光伏电池的特性改变，所以，光伏的阵列输出功率也是能够控制并改变的。因此，蓄电池组的外端就要与Boost变换器相连，Ud就能够箝位于蓄电池组两端的输出电压。根据电压输入、输出的关系，Ud=E/(1-D)，可以知道，在光伏列阵的工作点上改变占空比D就可以使输出的功率产生变动，尤其是在25摄氏度时，辐射强度为1KW/m2的条件下，电池板在光伏模式工作时，有最大的输出功率为62W。

1.2电池储备系统电能原理分析

蓄电池组、控制装置、逆变器组成，蓄电池都是BESS的主要储能设备，它的核电状态SOC和对蓄电池的端电压的预测是整套系统发电规划的运行平衡环节。在图片中，电路电容Cb等效电路，它在电池组两端出现的电压数据就是电池的电动势。电阻Rb与Cb并联，说明电池是处于自由放电模式。电阻Rove、Rovd与电容Cov组成的电路网，可以看出电池存在的超电势。电阻Rbc、Rbd，是电池的内阻。在充电过程中，电阻Rove、Rbc持续放电，并从电阻Rovd、Rbd之间通过。因此，二极管儿在不同的状态下，所选择的电路值不同。

在稳定的光伏发电运行时，蓄电池电压Vd两端电能与平波电容一样。其电压都流入PWN。电流I也通过逆变器在蓄电池Ib和光伏的发电系统Ip中运行。逆变器中的电流也与三角波信号比较，其控制方法相似。将电流的实际值与指令值的差，经PI运行后在与高平三角载体比较。其中，Vgm是系统采样时电网电压信号，Igm为输出值。因为他同频同率，不及逆变器损耗。

2　光伏储能系统功率的计算仿真分析

2.1简化系统图与电能参数的设置

在能够恒定输出功率的2KW小型PV-BESS单相并网模型中进行仿真实验。在这个仿真模型中，光伏模型的建设由40块光伏电池板，并联、串联组合。假设，在系统运行中，它的为光照强度是1KE/m2,额定工作状态下的环境温度，25度时,DC170V是这种光伏模型的工作电压。DC12A是它的工作电流,DC32040W为光伏发电系统的输出功率。按照最坏的情况分析，在连续几天内都没有阳光，太阳能蓄电池不在工作状态。在用电的高峰期PV-BESS的系统就需要满负荷运行八小时。

按照蓄电池容量计算为：C=Q*D*K/n1*n2*S。可算出一天内：C=30KWh。蓄电池组电压：R=DC425V。其中日用电量Q=16KWh。温度修正系数k=1.2，逆变器效率n1=0.92，蓄电池充电效率n2=0.58，放电深度S=0.8。

图1　PV-BESS简化图

图2　仿真光强信号

2.2PV-BESS恒功率出力

因为光伏系统电能稳定性主要受阳光强度的影响。所以，在仿真的过程中，用光照的强度来突出它的动态变化。随着光照的强度越强，当环境温度选取为t= 25度时，光伏电池的PV-BESS在阳光的强度变化下，它的动态响应力越来越强。BESS它具有快速的功率吞吐能力，能够补偿光伏模式设计所产生的功率输出波动。保证系统功率的出力。PV系统与PV-BESS是系统在没有BESS的阳光变化时，就会造成并网电流输出异常。而PV-BESS系统因为响应速度快，并网电流输出时就稳定，就能提高它的系统安全和可靠性（见图2）。

3　结语

在蓄电池的能量储备管理与使用方面，光伏系统的模型设计能极大的提高电能的可再生发电性能和稳定性。本文就对光伏储能系统功率控制仿真性进行分析，利用一组电力输出功率可控的混合光伏能量储备模型，发现他的控制策略，满足系统恒功率的出力，减外界因素对电力网络所产生的阻碍。仿真的结果表明：在光照强度大幅度变化的情况下PV-BESS能够果断反应，并保持恒定出力。因为，电流网络的波动小，就能够降低外界波动对电力网络所产生的冲击。所以，这种混合的系统，它不紧结构简单，容易控制，还能是光伏能源在储备时保持稳定=，有一定的作用性，能够保持它的稳定输出。

[1]王建华,张方华,龚春英.滞环电流控制逆变器建模及分析[J].电工技术学报,2010(06).

[2]张国驹,唐西胜,齐智平.平抑间歇式电源功率波动的混合储能系统设计[J].电力系统自动化,2011(20).