基于MPPT的分布式电源协调控制研究

范宇 孔宪佐

摘 要：本课题围绕光伏电池和燃料电池的协调控制展开研究，首先建立光伏电池并网的整体模型。其次在分析电池单体及堆栈的发电原理，用基于电极的微观动态电化学电势建立燃料电池的数学模型，最后，将燃料电池及光伏电池集成子模块，在MATLAB/SIMULINK仿真软件中进行仿真，仿真结果显示光伏电池功率与燃料电池功率的和总是10kw。在此基础上，将光伏电池与燃料电池等效为两个直流源，通过一系列电力电子器件，并入电网，仿真结果证明，光伏电池和燃料电池混合并网系统可以向电网提供稳定的功率输出。

关键词：光伏电池；燃料电池；协调控制；并网

1 绪论

本文建立一个关于分布式电源（Distributed Generator，DG）的完整可控的系统并进行仿真是分布式发电技术研究的核心。研究分布式发电的效益和可行性，以及处理不平衡负载、系统谐波等问题，都可以归纳为分布式发电的暂态和稳态响应问题。

以可再生能源光伏电池（Photovoltaic Cell，PV）和固体氧化物燃料电池（Solid Oxide Fuel Cell，SOFC）为代表，模拟当其中一个能源供电量发生变化时，另一个电源的功率变化。在功率指标控制约束条件下，协调两种电源各自的发电量，保证并网条件下，稳定可靠的电能供给。

2 基于MPPT的PV和SOFC协调控制策略

協调控制就是系统能够在不同的天气条件下合理调节能量流动，实现系统的最优化操作。

光伏电池和燃料电池都属于分布式电源，分布式电源的可预测性和可控性都没有传统电源好，所以需要确定光伏电源和燃料电源的相关性，作为控制速度与控制强度衡量的标准。

相对于燃料电池来说，光伏电池的可控性稍差一些，因为光照强度是大自然决定的，是不随人的意志改变的，无法控制太阳能电池板接收所需要的能量，所以，本课题采用控制燃料电池的数目来控制最后发出的总功率。

在白天光照强度大的时候，光伏电能可基本满足需求，就不需要启动燃料电池；在晚上以及阴天无光照的情况下，光伏电池无法供电，就需要启动燃料电池供电，以满足需求。冬季，白天光照强度不大，光伏电池同样无法满足需求，也需要启动燃料电池来补充不足的部分；燃料电池发电时产生的废热可在冬天为住户供暖，这样可以进一步提高利用率，节省住户的供暖费用。

基于以上分析，采用光伏电池的电能全部供电，燃料电池辅助供电的协调控制方法，即用燃料电池补充不足电能。相对来说，燃料电池的发电量比较可控。

3 PV与SOFC协调控制仿真分析

本课题PV与SOFC协调控制模型在Matlab/Simulink软件的实现。Signal Builder模块提供太阳光照强度的变化曲线，PV模块中实现MPPT功能，输出是功率。设定额定容量10kW，得到Ps给定，再经过SOFC模块得到实际输出的功率Ps。本文PV输出功率与光照强度的变化是一致的。图1的曲线图是两者输出功率的总和。从图中可以看出，这个仿真结果实现了额定容量10kW的要求。

PV与SOFC协调控制并网分析。基于上述分析，PV与SOFC的协调控制输出功率满足了要求后，在 PV与SOFC在输出功率满足上节的变化曲线的前提下，输出电压与电流的变化。由于PV与SOFC发出的均是直流电，基于此，可以将PV与SOFC等效成直流源，设定输出为400V，通过直流母线，经逆变器等电力电子器件并入电网。图12是PV与SOFC等效成直流源后，在Matlab/Simulink仿真软件中进行并入电网仿真分析，结果如图2所示。

从图2中可以得出，PV和SOFC混合并网系统可以向电网提供稳定的功率输出。

4 结论

本课题采用光伏电池的电能全部供电，燃料电池辅助供电的协调控制方法，即用燃料电池补充不足电能。相对来说，燃料电池的发电量比较可控。对PV与SOFC的协调控制在理论分析的基础上，得出系统图，通过系统图，在Matlab/Simulink软件中搭建出仿真模型，并且对其进行了分析。最后将PV与SOFC等效成两个直流源，并入三相电网分析，得出了结论：PV和SOFC混合并网系统可以向电网提供稳定的功率输出。

参考文献：

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