光伏发电系统建模与仿真

太阳能光伏发电系统的建模与仿真

随着全球环境保护意识不断增强，可再生能源的开发和应用变得越来越重要。光伏发电作为一种利用太阳能直接转化为电能的方式，自然也备受关注。在建设光伏发电场之前，我们可以使用建模与仿真技术，来帮助我们设计和优化光伏发电系统。本文将会探讨太阳能光伏发电系统的建模与仿真方法。

一、建模方法

建模是建立光伏发电系统物理模型的过程。通过物理模型，我们可以了解系统内部的运作原理，优化系统的结构和技术参数以提高光伏发电效率。在建模的过程中，可以采用两种方法：自顶向下和自下向上。

1.1 自顶向下

自顶向下的建模法是由顶层向底层逐步分解，形成一整个系统的过程。这种方法首先从整个光伏发电系统的总体设计出发，接着将系统分成不同的模块，最后分解到每个模块的细节设计。

在自顶向下的建模中，主要包括以下步骤：

1) 确定建模目标和范围；

2) 建立系统层次结构，确定系统的模块划分；

3) 定义每个模块的详细参数，建立物理模型；

4) 分析系统的总体性能，进行优化。

1.2 自下向上

自下向上的建模法是由底层向顶层逐步合并，形成一整个系统的过程。这种方法首先从每个部件的设计出发，接着将每个部件合并到模块，最后合并到整个系统。 在自下向上的建模中，主要包括以下步骤：

1) 确定每个部件的设计参数；

2) 将每个部件的设计合并到对应的模块中；

3) 将所有模块合并，建立完整的系统模型；

4) 分析系统的总体性能，进行优化。

二、仿真方法

仿真是利用计算机模拟物理过程的一种方法。通过仿真，我们可以模拟光伏发电系统在不同条件下的运行状态，优化光伏组件和逆变器的参数，评估发电量和电网接口的稳定性。

2.1 光伏组件的仿真

光伏组件是光伏发电系统的核心部件。在光伏组件的设计和仿真中，主要考虑以下因素：

1) 光照强度和角度对光伏输出电能的影响；

2) 温度对光伏输出电能的影响；

3) 光伏单元的组合方式和布局对系统性能的影响。

东南大学

硕士学位论文

光伏并网逆变器建模和仿真研究

姓名：唐金成

申请学位级别：硕士

专业：电机与电器

指导教师：林明耀

20080512

摘要

摘要

随着Ｉ：业技术的迅猛发展，能源问题越米越受到人们的重视。如何开发利用可再生资源以解决当前的能源危机成为一个热Ｉ’Ｊ话题。人们普遍认为在目前可知的、并且已经得到比较广泛利用的可再生能源中，技术含量最高、最有发展前途的是太刖能。太刖能利用的主流方向是光伏并网发电。在光伏并网发电系统中，并网逆变器为核心。因此，本文主要研究适用于光伏并网发电系统的逆变器。

论文首先描述了光伏电池的工作特性，研究了常见光伏阵列模型。在此基础上，在ＭＡＴＬＡＢ仿真环境Ｆ，开发了光伏阵列通片ｊ仿真模型，分析了光伏阵列最人功率点的跟踪控制方法，最终采用干扰观测法实现了光伏阵列的最大功率点跟踪。

论文详细分析了Ｄｃ／Ｄｃ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路的工作原理和ｒ作特性。光伏并网发电系统中主电路参数的选择对于系统能否正常工作、系统输出电流波形质量的好坏有着重要的作用。使＿｝｝ｊ舭ＴＬＡＢ中的ＰＯＷＥＲＳＹＳ

ＴＥＭＢＬＯＣＫＳＥＴＳ工具软件建立了ＤＣ／ＤＣ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路的动态模型．并进行了在开环和闭环谢种情况卜的仿真。

由ＤＣ／Ｄｃ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路两个部分通过ＤＣＩｉｎｋ连接组成光伏并网逆变器。通过对ＤＣ／ＤＣ变换电路的占空比调制实现了光伏阵列输出电压的控制，使光伏阵列运行在最大功率点。通过对ＤＣ／ＡＣ逆变电路的舣环控制，以取得与电网电压同步的正弦电流输出和直流母线侧电压的稳定，其中电流内环采用滞环电流跟踪控制，电压外环采用ＰＩ控制。最后，实验说明了仿真结果的止确性。

论文在给出孤岛效应危害的基础上，分析了目前常用的被动式、主动式孤岛检测方法，并采用并网电流幅值扰动法实现反孤岛效应。【关键词】：建模，仿真，光伏并网，是大功率点跟踪，电流滞环控制，反孤岛效应

低压电器（２０１１Ｎｏ．１０）　・研究与分析・　

光伏电池建模及其输出特性仿真　

王琴，姜丰，钟清瑶　

（三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌４４３００２）　

摘要：根据光伏电池实用模型，在Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下，结合Ｓ函数的编写建　

立其动态仿真模型。该模型可以模拟实际光伏电池在不同的太阳辐射强度、环境温度　

下的，一Ｕ和Ｐ—Ｕ特性曲线，并且具有在一定光照强度和环境温度下跟踪太阳能电池　

最大输出功率的功能。仿真结果表明，太阳辐射强度增大，光伏电池输出功率增大；环　

境温度上升，光伏电池输出功率呈下降趋势。　

关键词：光伏电池；输出特・陛；仿真；建模　

中图分类号：ＴＭ　９１４．４文献标志码：Ａ文章编号：１００１—５５３１（２０１１）１０－００１０－０３　王　琴（１９８５一），　

女，硕士研究生，研　

究方向为电力系统　

运行控制、新能源　发电。　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｏｕｔｐｕｔ　Ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｏｆ　

Ｐｈ０ｔ０ｖ０ｌｔａｉｃ　Ｃｅｌｌｓ　

ＷＡＮＧ　Ｑｉｎ，ＪＩＡＮＧ　Ｆｅｎｇ，ＺＨＯＮＧ　Ｑｉｎｇｙａｏ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　Ｅｎｅｒ￣，Ｃｈｉｎａ　Ｔｈｒｅｅ　Ｇｏｒｇｅｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　

Ｙｉｃｈａｎｇ　４４３００２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｕｔｉｌｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ　ｃｅｌｌｓ，ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ　ｃｅｌｌｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　

Ｓ—ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｂｕｉｌｔ　ｉｎ　Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｃｏｕｌｄ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　１一Ｕ　ａｎｄ　Ｐ—Ｕ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ａｃｔｕａｌ　ｐｈｏｔｏｖｏｈａｉｃ　ｃｅｌｌｓ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒａｄｉａｎｔ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈａｔ，ｔｈｅ　ｍｏｄｅｌ　ｉｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈｅ　

光伏电站仿真建模实施方案

光伏电站仿真建模是一种重要的工具，可以帮助电站设计者、运营商和决策者更好地理解光伏电站的性能、优化系统配置，提高光伏电站的效益和可靠性。本文提出了一种光伏电站仿真建模的实施方案，以帮助读者了解如何进行光伏电站仿真建模。

第一步：收集数据

在开始光伏电站仿真建模之前，首先需要收集光伏电站运行所需的数据。这些数据包括电站的设计参数、光照情况、天气情况、电网连接情况等。其中，光照和天气数据可以通过气象观测站或气象预报网站获取，电网连接情况可以通过电网接入点的参数获得。

第二步：建立光伏电站模型

建立光伏电站的仿真模型是光伏电站仿真建模的核心环节。根据收集到的数据，可以建立包括光伏组件、逆变器、电站参数等在内的光伏电站的运行模型。在建立模型时，需要考虑光伏组件的光电特性、电站的布局和组串方式等因素，以准确反映光伏电站的运行情况。

第三步：确定仿真参数和目标

在进行光伏电站仿真建模之前，需要明确仿真的目标和参数。目标可以是评估电站的发电性能、优化组串方式和逆变器配置、分析系统可靠性等。参数可以包括光照、温度、逆变器效率、组件损耗等。

第四步：选择仿真软件 选择适合的仿真软件是光伏电站仿真建模的关键一步。市场上有许多光伏电站仿真软件可供选择，如PVsyst、SAM等。根据实际需求和预算，选择一个功能全面、易于操作的软件进行光伏电站仿真建模。

第五步：进行仿真分析

根据收集的数据、建立的模型、确定的目标和参数，利用选定的仿真软件进行光伏电站的仿真分析。根据仿真结果，可以评估电站的发电量、系统效率、组件损耗等指标，优化电站配置和运行策略。

第六步：结果分析和优化

完成仿真分析后，需要对结果进行分析和优化。分析可以基于仿真结果，评估光伏电站的性能是否满足需求，找出问题并提出解决方案。优化可以针对光伏电站的设计参数、组串方式、逆变器配置等，以提高光伏电站的发电效益和可靠性。

第七步：验证与验证