（雅砻江流域水电开发有限公司 四川成都 610051）
摘要：光伏发电系统受环境变化的因素影响较大，电能质量较低，光能的利用率不高，常与储能系统配合调节。有助于平滑功率输出，提高光伏发电的输出电能质量，实现光伏发电能源的最大利用。本文仿真的是双级型光伏发电系统，系统采用主从控制策略，能很好的维持直流母线电压的稳定。由双闭环控制的储能系统稳定直流母线电压，防止储能系统大电流放电造成的伤害。通过建模进行仿真分析，输出的电能质量明显提高，对于负载发生变化时，系统运行更加稳定。
关键词：双级型光伏发电系统；双闭环控制；主从控制
1引言
生产光伏电池板所需成本较高，其光电转化率也较低，目前主要应用在偏远地区和光照强度较高的地区。随着生产工艺的不断提高，人们对光伏电池板的设计和研究也有了新的突破，光伏发电系统的应用也越来越广泛。因为光伏发电系统的不稳定性，在构建光伏发电系统的时候需要借助于储能系统，储能辅助光伏发电运行。
本文借助于MATLAB强大的数据处理能力，建立能和Simulink模块相连的功能模块实现光伏发电的最大功率点跟踪技术（MPPT）。通过搭建双极型并网光伏发电系统，仿真光储联合发电的运行机理，实现对光储联合发电系统的仿真研究。输出结果表明仿真结果较为理想，能较快的实现负荷的变化跟踪，具有较高的精度。
2光伏电池的数学模型
光伏电池板按照一定的数目进行串并联组合得到光伏阵列，以每一个光伏电池为一个可变电流源，将光伏电池进行串并联可以提高光伏电池的出口电压和输出电流。在仿真中实现了对光伏电池建立能表征其特性的数学模型。通过建立的数学模型，来反映出光伏电池各项参数的变化规律。光伏电池的等效电路如下：
4双级型并网光伏发电系统建模
双级型并网光伏发电系统在其效率和设计灵活性上均高于一般的单级式系统，由直流变换和逆变两部分完成。系统一般在第一级采用DC/DC变流器将太阳能电池输出的直流电斩波成适合有源逆变的稳定直流电压，第二级为全桥或逆变电路，采用DC/AC逆变器将光伏系统产生的直流电，通过脉冲宽度调制（PWM）技术输出产生交流电。在实现电流变换的过程中，通常所用的DC/DC电路包括Boost、Buck等拓扑结构的变流器，其控制效果如图：
5 光储联合控制
储能技术在电力系统中多以与间歇式电源的联合应用为切入点，电池储能方式凭借其响应速度快、能量密度大、寿命长等特点成为规模化普及的首选。其中锂离子电池以其单体电压水平高、比能量大、效率高、无记忆效应、对环境友好等特点被大面积推广。本文在仿真时就是根据锂离子电池的相关特性进行的仿真。
蓄电池与光伏发电系统协调配合，在光伏孤网运行时，采用以储能系统为主的主从控制。储能系统与光伏系统保持相同的输出电压，以应对当无光照时产生的电压波动。储能系统采取母线电压外环和电感电流内环双闭环控制，电压环的作用是稳定直流母线电压，电流环的作用是防止大电流放电对蓄电池造成伤害。其控制原理是：光伏输出的母线电压的值 与参考值之间的误差输入到电流环的给定电流值 ，电流环通过 控制器调整输出蓄电池的放电电流，通过蓄电池放出功率调整母线电压的平衡。控制过程如图：
6 PWM技术
在采样控制理论中：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在惯性环节上时，其输出效果基本相同。这里冲量是指窄脉冲的面积，效果基本相同是指输出响应的波形基本相同。如果把输出波形作傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。本文采用正弦脉宽调制（SPWM），把希望输出的正弦波作为调制信号，把接受调制的信号作为载波，通过信号波的调制得到期望的PWM波。采用等腰三角波作为载波，利用其在任一水平宽度和高度成线性关系且左右对称，当它与任一平缓变化的调制信号波相交时，在交点时刻控制电路开关器件的通断，就可以得到一组宽度正比于该信号波幅值的脉冲，从而实现逆变电路的脉宽调制，产生所需的开关脉冲。
结论
本文根据光伏电池组件建立的数学模型，基于Matlab/Simulink的运算和仿真功能，建立光伏电池和各种能实现MPPT功能的模块的仿真，设定运行环境为连续控制，灵活加入光照强度随时间变化的组件，模型输出的电流、电压和功率的变化曲线与上述曲线一致，将MPPT控制实现最大功率点跟踪控制。本文仿真的是双级型并网光伏发电控制系统，系统采用主从控制策略，能很好的维持直流母线电压的稳定。由双闭环控制的储能系统[12]既能稳定直流母线电压，又能防止储能系统大电流放电会造成的伤害。通过建模进行仿真分析，输出的电能质量有明显的提高，对于负载发生变化时，系统运行更加稳定。
参考文献
[1]董有尔,蒙宇,申甜甜,唐晋娥. 太阳能光伏发电系统应用研究[J]. 山西大学学报(自然科学版),2013,01:40-48.
[2]陈刚,姬鸿,王勇. 太阳能光伏发电系统设计[J]. 智能建筑电气技术,2011,02:6-10.
[3]邓醉杰,王辉,徐锋,韦泽垠. 三相电压型PWM逆变器双闭环控制策略研究[J]. 防爆电机,2007,01:11-14.
[4]季亮. 光伏发电技术的实际应用[J]. 科技风,2016,06:92.
[5]徐新林. 基于直接功率控制的三相电压型PWM逆变器的研究[D].哈尔滨工程大学,2012.
论文作者:方恒,陈伟,张青伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/19
标签：光伏论文; 系统论文; 电压论文; 电流论文; 母线论文; 储能论文; 电池论文; 《电力设备》2017年第13期论文;