В этом примере показана средняя модель массива 100-kW, подключенного к 25-kV сети через повышающий преобразователь DC-DC и трехфазный трехуровневый VSC.
Пьер Жиру, Жильбер Сибиль (Hydro-Quebec, IREQ) Карлос Осорио, Шрипад Чандрахуд (The MathWorks)
Множество ОБЪЕМА ПЛАЗМЫ на 100 кВт связано с сеткой на 25 кВ через конвертер повышения DC-DC и трехфазовым трехуровневым Voltage Source Converter (VSC). Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) реализуется в повышающем преобразователе с помощью модели Simulink ® с использованием методики «Perturb & Observe».
В другом примере (см. модель power_PVarray_grid_det) используются подробные модели для преобразователей DC_DC и VSC. В этой подробной модели контроллер MPPT основан на методе «инкрементная проводимость + интегральный регулятор».
Средняя модель содержит следующие компоненты.
Матрица PV обеспечивает максимум 100 кВт при 1000 Вт/м ^ 2 солнечного излучения.
Повышающий преобразователь постоянного тока (оранжевые блоки)
3-уровневый 3-фазный VSC (синие блоки).
100-kVA 260V/25kV трехфазный трансформатор связи.
Инженерная сеть
Полное описание массива PV, преобразователей и подключения к сетке см. в модели power_PVarray_grid_det.
Основное отличие детализированной модели от этой средней модели заключается в моделировании повышающего преобразователя постоянного тока и трехфазного VSC. В этой средней модели повышающий и VSC преобразователи представлены эквивалентными источниками напряжения, генерирующими напряжение переменного тока, усредненное за один цикл частоты переключения. Такая модель не представляет гармоники, но динамика, возникающая в результате взаимодействия системы управления и энергосистемы, сохраняется. Эта модель позволяет использовать гораздо большие временные шаги, чем подробная модель (50 микросекунд против 1 микросекунды), что приводит к гораздо более быстрому моделированию. Обратите внимание, что в средней модели модель PV-массива содержит алгебраический цикл. Этот алгебраический цикл необходим для получения итеративного и точного решения модели PV, когда используются большие времена выборки. Эта алгебраическая петля легко решается Симулинком.
Алгоритм MPPT 'Perturb and Observe' реализован в функциональном блоке MPPT Control MATLAB ®.
Массив 100-kW PV состоит из 66 строк 5 последовательно соединенных 305.2-W модулей, соединенных параллельно (66 * 5 * 305,2 Вт = 100,7 кВт). Спецификации производителя для одного модуля:
Количество последовательно соединенных ячеек: 96
Напряжение разомкнутой цепи: Voc = 64,2 В
Ток короткого замыкания: Isc = 5,96 A
Напряжение и ток на максимальной мощности: Vмп = 54,7 В, Imp = 5,58 А
Блок матрицы PV имеет два входа, которые позволяют изменять солнечное излучение (вход 1 в Вт/м ^ 2) и температуру (вход 2 в ° C). Профили излучения и температуры определяются блоком формирователя сигналов, который соединен с входами матрицы PV.
Запустите модель и просмотрите следующую последовательность событий в областях.
Моделирование начинается со стандартных условий испытания (25 ° C, 1000 Вт/м ^ 2).
С t = 0 с до t = 0,3 с фиксируется рабочий цикл бустерного преобразователя (D = 0,5, как показано на ПН). Таким образом, результирующее напряжение PV равно V = (1-D) * Vdc = (1-0,5) * 500 = 250 V (см. V_PV трассировку объема PV). Выходная мощность матрицы PV составляет 96 кВт (см. трассировку Pmean), тогда как указанная максимальная мощность при облучении 1000 Вт/м2 составляет 100,7 кВт. Убедитесь в том, что напряжение и ток фазы А на шине 25 кВ находятся в фазе (единичный коэффициент мощности).
При t = 0.3 сек включен MPPT. Регулятор MPPT начинает регулировать напряжение PV путем изменения рабочего цикла для извлечения максимальной мощности. Максимальная мощность (100,7 кВт) получается при рабочем цикле D = 0,453.
С t = 0,3 с до t = 0,5 с матрица PV работает в стандартных тестовых условиях (25 ° C, 1000 Вт/м ^ 2). Рабочий цикл D варьируется от 0,450 до 0,459. Напряжение PV = 273,5 В (Nser * Vmp = 5 * 54,7 = 273,5 В) и средняя мощность = 100,7 кВт согласно спецификациям модуля PV.
С t = 0,5 сек до t = 1,0 сек происходит снижение солнечного излучения с 1000 Вт/м ^ 2 до 250 Вт/м ^ 2. Можно видеть, что этот тип MPPT контроллера отслеживает максимальную мощность только в то время, как излучение остается постоянным.
От t = 1,0 с до t = 1,5 с, когда излучение остается постоянным и равным 250 Вт/м ^ 2, рабочий цикл D изменяется от 0,466 до 0,474. Соответствующие напряжение и мощность PV равны V_PV= 265 В и Pmean = 24,4 кВт.
С t = 1,5 сек до t = 6,0 сек восстанавливают солнечное излучение до 1000 Вт/м ^ 2 и затем изменяют температуру от 50 ° С до 0 ° С. Следует отметить, что максимальная выходная мощность PV (107,5 кВт) получается при минимальной температуре (0 ° C).
Для получения подробной информации о различных методах MPPT см. следующий документ:
Моацир А. Г. де Брито, Леонардо П. Сампайо, Луиджи Г. младший, Гилерме А. е Мело, Карлос А. Канесин «Сравнительный анализ методов MPPT для применения PV», Международная конференция по чистой электроэнергии (ICCEP) 2011 года.
Характеристики модуля были извлечены из модели NREL System Advisor (https://sam.nrel.gov/).