光伏并网发电仿真平台-精品

光伏并网发电仿真平台-精品
2020-12-12
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光伏并网发电仿真平台是南京研旭面向各大高校以及实验室机构的科研人员所研发的一种实验仿真平台，能够良好模拟光伏发电的具体情境，对于实验论证和理论探究有着非常现实的意义。

平台简介：
并网光伏发电系统如图 1所示，光伏发电系统直接与电网连接，其中逆变器起很重要的作用，要求具有与电网连接的功能。

目前常用的并网光伏发电系统具有两种结构形式，其不同之处在于是否带有蓄电池作为储能环节。

带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为可调度式并网光伏发电系统，由于此系统中逆变器配有主开关和重要负载开关，使得系统具有不间断电源的作用，这对于一些重要负荷甚至某家庭用户来说具有重要意义；此外，该系统还可以充当功率调节器的作用，稳定电网电压、抵消有害的高次谐波分量从而提高电能质量。

不带有蓄电池环节的并网光伏发电系统称为不可调度式并网光伏发电系统，在此系统中，并网逆变器将太阳能电池板产生的直流电能转化为和电网电压同频、同相的交流电能，当主电网断电时，系统自动停止向电网供电。

当有日照照射、光伏系统所产生的交流电能超过负载所需时，多余的部分将送往电网；夜间当负载所需电能超过光伏系统产生的交流电能时，电网自动向负载补充电能。

一、光伏并网发电实验仿真平台组成
光伏发电实验仿真平台主要由以下设备组成：
光伏阵列PV模拟源或者太阳能组件电池板：
●直流电源或光伏板发出的电接入光伏并网逆变器；
●光伏并网逆变器将直流电逆变为符合并网要求的三相交流电，馈入主
网；
●监控前台，主要由工控机、显示器、上位机应用软件组成，实现对PV
模拟源、逆变器等设备的数据监控以及记录保存；
2.1 光伏PV模拟源
PV模拟源是一种可模拟光伏板IV曲线的可编程直流电源，可代理太阳能组件，实现模拟光伏电源的IV输出，方便在室内条件下灵活做相关的实验。

具备以下特点：
1)可模拟太阳能电池板输出特性
2)可模拟不同光照和温度下的I-V曲线
3)可测试静态和动态下的MPPT情况
4)MPPT工作点实时显示于上位机软件上
5)具有恒功率模式
6)具有强大的图形化上位机软件
7)稳压精度高、纹波电压低
8)动态稳定性用Matlab仿真优化
9)采用高速DSP进行PID运算，直接输出PWM
2.2 太阳能光伏组件
光伏组件（也叫太阳能电池板）是太阳能发电系统中的核心部分，也是太阳能发电系统中最重要的部分。

其作用是将太阳能转化为电能，常见的组件有多晶硅组件、单晶硅组件和薄膜组件。

根据系统容量确定光伏组件的数量，通过光伏组件的并联和串联，达到并网逆变器所需的电压和电流反问。

2.3 光伏并网逆变器
光伏并网逆变器是光伏系统的核心设备，主要由数据采集单元、IPM逆变功
率单元、DSP主控单元、监控中心、继电器单元、电抗器、变压器等几部分组成。

系统的核心为DSP主控单元。

主要功能是：
1、将直流电能转为与主网电压同频同相的交流电能，并馈送给主网，同时会监测各类故障信息，实时保证正常工作；
2、根据反馈值跟踪直流源（光伏组件或者光伏模拟源）的最大功率输出（MPPT）；
3、将系统工作的所有信息上传至监控中心。

硬件构架图如下：
<1>并网逆变器使用三菱IPM，耐压1200V，母线使用500V电解电容
<2>网侧并网侧采用升压三相变压器，初级次级星形联结方式。

<3>并网逆变器采用TI浮点DSP进行控制，使用一套研旭TMS320F28335的DSP 控制板。

<4>采用一台研旭仿真器完成系统控制算法的调试。

软件构架图如下：
逆变器将直流电转换为与电网同步的三相交流电。

通过电压传感器采集三相交流电的相电压值UA、UB、UC，通过克拉克变换等效出两相交流电的电压值 U α、Uβ，进而求出旋转磁链的位置角γ。

通过电流传感器采集三相交流电的电流值 IA、IB、IC，同样通过克拉克变换等效出两相交流电的电流值 Iα、Iβ。

由γ、Iα、Iβ通过帕克变换等效出旋转直流的电流值 Id、Iq，从而得出内环的控制量 Id。

外环电压控制量与内环电流控制量叠加后与 Iq 再经过帕克逆变换，等效出 Uα`,Uβ`，在经过空间矢量控制输出 PWM，控制功率管。

2.4 监控前台
监控前台上位机应用软件为用户提供了可视的操作界面，主要包括三大功能，分别为光伏PV模拟功能（需配套PV模拟器）、实时监控功能、历史保存功
能。

其主界面如下：
PV模拟源MPPT测试界面
实时监控界面
数据波形界面
监控软件中还具备算法研究界面，即电网定向矢量算法。

通过所示界面用户可以非常清晰的了解算法的结构，同时可以获取每个步骤的计算结果值，以便仿真分析。

算法研究界面
历史保存功能
三、光伏发电实验仿真平台实验组成
1、认知实验：对整体系统组成拓扑和工作原理的熟知，为后面实验提供基础；
2、IV曲线模拟：学习设置模拟光伏IV曲线
3、MPPT实验：了解MPPT原理；
4、逆变器并网实验：直流电逆变成交流电；
5、主从控制机制：为了更加有效的配合教学，系统还支持主从机控制模式，即当教师机（主机）释放权利后，学生机（从机）才能获得控制权利。

一旦教师机收回权利，那么学生机只能具有检测功能，而不具备控制功能。

6、低压穿越实验：当电网跌落后，发电机发电系统保证不能立刻脱网，要具备保持继续往电网输送能力的能力。

这个实验要求实验室具备电网模拟器设备。

7、创造性实验：通过对以上实验的熟知以及对原理的掌握，加入自己的优化控制策略或者算法，使系统按照用户的要求运行。

如改进型SVPWM、将PID控制模型换位滑模控制模型或模糊控制模型，等。

光伏系统实验例程和项目
基础实训实验
1) 光伏的I-U 特性测试实验
2) 光伏的输出功率特性实验
3）光伏监控中心软件操作实验
4）PWM输出实验
5）直流电压、电流采集实验
6）交流电压、电流采集实验
7）并网逆变器安全保护和设计实验
8）并网逆变器通讯测量实验
9）孤岛效应实验
10）实验数据保存实验
进阶开放实验：
光伏控制策略及编程实验
最大功率跟踪MPPT原理及控制实验
外环电压PI算法及控制原理实验
内环电流PI算法及控制原理实验
SVPWM算法原理实验
四、光伏风力发电实验仿真平台开放资料
1、光伏PV模拟源：操作说明书，上位机控制软件
2、并网逆变柜：
●整体布线CAD图、PDF图；
●DSP控制核心板：protel 99se原理图、PDF版本PCB、内部运行源代码
工程（内含算法静态库）、设计原理说明文档；
●控制底板：protel 99se原理图、PDF版本PCB、设计原理说明文档；
●继电器板：protel 99se原理图、PDF版本PCB、设计原理说明文档；
●IPM隔离电源板：protel 99se原理图、PDF版本PCB、设计原理说明文
档；
●算法设计说明文档；
3、上位机监控软件：
●上位机应用软件安装文件；
●数据库安装文件；
●上位机DEMO例程；
●操作说明；
4、整体系统
●实验操作手册；
●整体系统现场培训
以上便是光伏并网发电仿真平台系统的具体介绍，想要进一步了解其应用相关信息或者有实际采购需求，欢迎致电联系南京研旭新能源科技有限公司。