基于MATLAB的光伏并网发电系统仿真

唐 杰，唐 杰，唐婷婷

（湖南邵阳学院电气工程系，湖南 邵阳 422000）

0 引言

随着社会不断的发展，世界对能源的需求越来越多，各国在大力开发新能源。其中，光伏发电占有重要比例，在生活中也越来越重要[1～2]。一方面，太阳能光伏发电规模的不断增加，使得光伏发电的应用前景越来越好。另一方面，电能变换技术的不断发展使得太阳能光伏发电在当前的能源结构中的地位越来越高[3～4]。

我国正在大力发展光伏并网发电技术，并取得了一定的成果。本文分析光伏阵列的数学模型以及工作原理。在电网平衡的情况下对逆变器采用PQ控制策略，来实现交流侧电压与电网同步。在理论基础上，通过 MATLAB搭建光伏并网发电系统。

1 光伏并网发电系统拓扑结构

图1为并网发电系统拓扑，光伏阵列转换得到的电压值较低不能直接通过电能变换进行并网，因此运用升压斩波电路对光伏阵列电压进行升压并且使直流母线电压稳，让逆变器对稳定的直流母线电压进行电能变换，得到与电网同步的交流电。

图1 光伏并网发电系统拓扑

2 并网发电系统仿真模型

2.1 光伏阵列仿真模型

本文搭建的光伏阵列仿真采用的是光伏阵列通用数学模型，光伏阵列的作用是将太阳的光照强度以及光照总时间转换为电能，首先我们要知道任意太阳光照射在阵列版上时太阳电池的温度Tc（OC），Tc=Ta+tcR。R表示太阳总的辐射值，tc表示温度系数。

其中，ε是所选的材料带能；阵列的最大电流参考值为Im,ref，阵列的最大参考电压值为Vm,ref，μVoc是对应的电压系数，μIsc是Isc的系数。

2.2 升压斩波电路仿真

图2为升压斩波电路图，由图可知E为电源电压，也是输入电压；升压斩波电路的电感用L表示，电容用C表示，二极管用VD进行表示，R为负载电阻。根据能量守恒原理可得到：

图2 升压斩波电路图

式中：T为周期，ton为导通时间，toff为关断关断时间，I为电流值，Uo表示负载电压及输出电压。

2.3 逆变器PQ控制策略仿真

把光阵列产生的直流电通过逆变器转换成电压大小与电网电压幅值大小相同相位相同以及波形相同的交流电，因此有相应的控制策略控制逆变器。本文运用传统的PQ控制来控制逆变器，交流侧电压与电网同步达到并网要求。图3位PQ控制的系统框图，通过系统框图我们可以得到相应的数学模型，设定参考电流idref和iqref，对并网三相电流进行dq变换得到id和iq两个分量。

图3 逆变器PQ控制模型

通过系统框图可以得到逆变器的输出电压和功率为：

3 仿真结果分析

本文通过Matlab/Simulink设计完整的光伏并网发电系统的仿真模型，如图5所示。仿真结果验证整个仿真的真确性。还有直流母线端的电压仿真结果，验证光伏阵列模块的可靠性，以及升压斩波电路控制策略的稳定性。光伏发电系统参数设置如下：电网电压：380 V；并网频率：50 Hz；直流端参考电压：800 V；仿真步长：5e-6 S。

图4 并网测三相输出电压

图5 光伏并网发电系统仿真模

图4为光伏并网发电系统并网测三相电压仿真结果，三相光伏并网发电系统的输出电压与电网电压幅值相等，频率和相位相同，得到理想的输出波形，因此验证了仿真模型的准确性。

图6为光伏阵列输出的电压经过Boost电路后的直流测电压仿真结果，每个时间段光伏板受到的光照强度大小是不相同的，转换的电能也是不相同的，因此我们通过光伏阵列得到一个稳定直流电压，直流电压再通换的电能也是不相同的，因此我们通过光伏阵列得到一个稳定直流电压，直流电压再通过升压斩波电路得到放大而稳定的直流电压，直流电压参数稳定在800V，验证光伏发电系统的稳定性与可靠性。

图6 直流侧电压

4 结论

本文搭建完整光伏并网发电系统的仿真模型，并验证了三相光伏并网逆变器的工作特性。仿真结果表明，逆变器交流侧电压与电网同步，验证仿真的正确性与稳定性。本文给出了仿真模型的整体拓扑结构，以及各个模块的参数，本文采取的是比较通用的 PQ控制策略，还需要进一步的学习与研究，使得并网逆变器的控制技术进一步完善。