光伏儲能系統功率控制仿真分析

新疆希望電子有限公司 劉 越

光伏儲能系統功率控制仿真分析

新疆希望電子有限公司 劉 越

光伏發電系統在功率的輸出方面容易受到外部環境的干擾，因此，它的干擾成分眾多。本文就對光伏儲能系統中的蓄電池的單員進行功率系統的仿真控制，以光伏并網為能量緩沖裝置，從而來控制發電系統的功率輸出。在文中建立以等效電路為基礎的電池蓄能的光伏并網系統，并根據這個光伏系統建立整體的數學動態模型和相應的光伏并網系統設計控制策略，從而對系統中的光伏網絡輸出功率進行監控。并以隨機光照的強度為干擾，對系統的輸出電能質量和穩定性進行仿真研究。通過研究發現往，并網系統的靈活性強，能夠很好的實現系統功率的穩定性控制，能夠使電能的輸出不受外界因素的影響。

光伏；儲能；系統；功率；控制；仿真

隨著經濟的發展和科學技術的不斷加強，日益普及的不只是電子網絡，還有新能源發展。在電力系統的發展中，風力發電不再是唯一，太陽能發電已成為電力公司的首選，并且占有的比重越越來越多。因為，太陽是一種間歇性的能源，它受環境和氣候的影響。因此，它輸出的功率也存在不可確定的風險性。因為天氣是多變的，是不可預測的。在電力系統的發展中大規模的對光伏并網的裝置進行投資，能夠大幅度的提高電力系統的電能質量穩定性和安全性。但是，它仍然會受到外界環境和氣候的干擾，因此，在光伏系統的的使用運行中，就要對其系統加裝一定容量的儲能裝置，從而，在供電的過程中保證電能輸出，使電力具有持續性和可靠性。

PV系統在白天電網用電的峰值也可以不斷的給蓄電池充電。Bess系統在夜晚的運行方案是電網高峰用電，它可以將用電高峰值數據調節為負荷的恒功率輸出數據。Bess系統在夜晚電網用電高峰時，也可以給電池充電。所以，作為UPS的重要負載備用電源PV-BESS就可以給它無限的電力。因此，它與以往沿用的蓄電池光伏電能儲備系統相比，這個系統就增加了蓄電池儲蓄電力的容量，使其能滿足PV-BESS在混合電力系統中的使用性。使恒定功率的輸出能夠滿足用電的要求，預防并消除外界因素對電網功率輸出所產生的能量波動性。極大的提高了太陽能雙向交/直流轉換器的利用率。同時，在電網出現故障時，也能夠對居民的基本生活用電提供保障。

1　光伏儲能系統的控制原理分析

1.1光伏儲能系統發電的原理

太陽能電池的DC/DC電路是光伏發電系統重要部分。它與以往的太陽能電池模型相比，電池所產生的光生電流Iph就成為它的等效電流。電池內部的等效串聯電阻R和二級管，所輸出的電流電壓方程為：

Iph-ID =ISC(Ir/100)-I0(e(Qvs+IsRs)/mkT)-1= Is

其中，為太陽能的電池ID在沒有陽光條件下，飽和電流ISC就變為短路電流。光的照射強度Ir。PN結點反向飽和電流I0。太陽能電池的輸出電壓vs。電子電荷e（1.6*10-19C）。k是玻爾茲曼常數（0.86*10-4Ev/K）。熱力學的溫度t。PN結點的常數曲線m。

太陽能電池運行的基本單元就是光伏電池板，它是由串聯的多塊兒單體電池片組合而成的。十幾至幾十伏都是它的一般輸出電壓，所以在建立光伏系統電池板發電模型時，就要走兩個并聯支路。但是，這兩條電路的支路各需要36塊兒單體的電池串聯而成，從而取得PN結點的曲線常數為2。其I-U特征和P-U特征如圖所示。在圖中，我們也可以看到在溫度設定下和輻射條件滿足情況下，光伏電池具有唯一的最大功率輸出點。但是，在實際的運用中，是無法保證光伏電池的總功率是在最大的輸出點上的。所以，Boost的升壓電路時光伏電池和蓄電池組運行發展的橋梁。因為，vs的值可以被光伏電池的特性改變，所以，光伏的陣列輸出功率也是能夠控制并改變的。因此，蓄電池組的外端就要與Boost變換器相連，Ud就能夠箝位于蓄電池組兩端的輸出電壓。根據電壓輸入、輸出的關系，Ud=E/(1-D)，可以知道，在光伏列陣的工作點上改變占空比D就可以使輸出的功率產生變動，尤其是在25攝氏度時，輻射強度為1KW/m2的條件下，電池板在光伏模式工作時，有最大的輸出功率為62W。

1.2電池儲備系統電能原理分析

蓄電池組、控制裝置、逆變器組成，蓄電池都是BESS的主要儲能設備，它的核電狀態SOC和對蓄電池的端電壓的預測是整套系統發電規劃的運行平衡環節。在圖片中，電路電容Cb等效電路，它在電池組兩端出現的電壓數據就是電池的電動勢。電阻Rb與Cb并聯，說明電池是處于自由放電模式。電阻Rove、Rovd與電容Cov組成的電路網，可以看出電池存在的超電勢。電阻Rbc、Rbd，是電池的內阻。在充電過程中，電阻Rove、Rbc持續放電，并從電阻Rovd、Rbd之間通過。因此，二極管兒在不同的狀態下，所選擇的電路值不同。

在穩定的光伏發電運行時，蓄電池電壓Vd兩端電能與平波電容一樣。其電壓都流入PWN。電流I也通過逆變器在蓄電池Ib和光伏的發電系統Ip中運行。逆變器中的電流也與三角波信號比較，其控制方法相似。將電流的實際值與指令值的差，經PI運行后在與高平三角載體比較。其中，Vgm是系統采樣時電網電壓信號，Igm為輸出值。因為他同頻同率，不及逆變器損耗。

2　光伏儲能系統功率的計算仿真分析

2.1簡化系統圖與電能參數的設置

在能夠恒定輸出功率的2KW小型PV-BESS單相并網模型中進行仿真實驗。在這個仿真模型中，光伏模型的建設由40塊光伏電池板，并聯、串聯組合。假設，在系統運行中，它的為光照強度是1KE/m2,額定工作狀態下的環境溫度，25度時,DC170V是這種光伏模型的工作電壓。DC12A是它的工作電流,DC32040W為光伏發電系統的輸出功率。按照最壞的情況分析，在連續幾天內都沒有陽光，太陽能蓄電池不在工作狀態。在用電的高峰期PV-BESS的系統就需要滿負荷運行八小時。

按照蓄電池容量計算為：C=Q*D*K/n1*n2*S?？伤愠鲆惶靸龋篊=30KWh。蓄電池組電壓：R=DC425V。其中日用電量Q=16KWh。溫度修正系數k=1.2，逆變器效率n1=0.92，蓄電池充電效率n2=0.58，放電深度S=0.8。

圖1　PV-BESS簡化圖

圖2　仿真光強信號

2.2PV-BESS恒功率出力

因為光伏系統電能穩定性主要受陽光強度的影響。所以，在仿真的過程中，用光照的強度來突出它的動態變化。隨著光照的強度越強，當環境溫度選取為t= 25度時，光伏電池的PV-BESS在陽光的強度變化下，它的動態響應力越來越強。BESS它具有快速的功率吞吐能力，能夠補償光伏模式設計所產生的功率輸出波動。保證系統功率的出力。PV系統與PV-BESS是系統在沒有BESS的陽光變化時，就會造成并網電流輸出異常。而PV-BESS系統因為響應速度快，并網電流輸出時就穩定，就能提高它的系統安全和可靠性（見圖2）。

3　結語

在蓄電池的能量儲備管理與使用方面，光伏系統的模型設計能極大的提高電能的可再生發電性能和穩定性。本文就對光伏儲能系統功率控制仿真性進行分析，利用一組電力輸出功率可控的混合光伏能量儲備模型，發現他的控制策略，滿足系統恒功率的出力，減外界因素對電力網絡所產生的阻礙。仿真的結果表明：在光照強度大幅度變化的情況下PV-BESS能夠果斷反應，并保持恒定出力。因為，電流網絡的波動小，就能夠降低外界波動對電力網絡所產生的沖擊。所以，這種混合的系統，它不緊結構簡單，容易控制，還能是光伏能源在儲備時保持穩定=，有一定的作用性，能夠保持它的穩定輸出。

[1]王建華,張方華,龔春英.滯環電流控制逆變器建模及分析[J].電工技術學報,2010(06).

[2]張國駒,唐西勝,齊智平.平抑間歇式電源功率波動的混合儲能系統設計[J].電力系統自動化,2011(20).