В этом примере показана подробная 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 метода «инкрементная проводимость + интегральный регулятор».
В другом примере (см. модель power_PVarray_grid_avg) используются средние модели для преобразователей DC_DC и VSC. В этой средней модели контроллер MPPT основан на методе «Perturb and Observe».
Подробная модель содержит следующие компоненты:
Матрица PV обеспечивает максимум 100 кВт при 1000 Вт/м ^ 2 солнечного излучения.
5-kHz повышающий преобразователь постоянного тока, увеличивающий напряжение от собственного напряжения PV (273 В постоянного тока при максимальной мощности) до 500 В постоянного тока. Рабочий цикл переключения оптимизируется контроллером MPPT, который использует метод «инкрементная проводимость + интегральный регулятор». Эта система MPPT автоматически изменяет рабочий цикл, чтобы генерировать необходимое напряжение для извлечения максимальной мощности.
1980-Hz 3-уровневый 3-фазный VSC. VSC преобразует напряжение линии 500 В постоянного тока в 260 В переменного тока и сохраняет единичный коэффициент мощности. Система управления VSC использует два контура управления: внешний контур управления, который регулирует напряжение на линии постоянного тока до +/- 250 В, и внутренний контур управления, который регулирует токи сети Id и Iq (активная и реактивная составляющие тока). Опорный ток ID - это выходной сигнал внешнего контроллера постоянного напряжения. Эталон тока Iq устанавливается равным нулю, чтобы поддерживать единичный коэффициент мощности. Выходные сигналы напряжения Vd и Vq регулятора тока преобразуются в три модулирующих сигнала Uabc_ref используемых генератором ШИМ. Система управления использует время выборки 100 микросекунд для контроллеров напряжения и тока, а также для блока синхронизации ФАПЧ. Генераторы импульсов преобразователей Boost и VSC используют время быстрой выборки 1 микросекунда, чтобы получить соответствующее разрешение форм сигнала PWM.
10-кварные конденсаторные фильтрующие гармоники производства VSC.
100-kVA 260V/25kV трехфазный трансформатор связи.
Сервисная сетка (едок распределения на 25 кВ + эквивалентная система передачи на 120 кВ).
В массиве 100-kW PV используется 330 модулей SunPower (SPR-305E-WHT-D). Массив состоит из 66 строк 5 последовательно соединенных модулей, соединенных параллельно (66 * 5 * 305,2 Вт = 100,7 кВт).
Параметр «Module» блока PV Array позволяет выбирать среди различных типов массивов модель NREL System Advisor (https://sam.nrel.gov/).
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
Меню блока массива PV позволяет отображать характеристики I-V и P-V для одного модуля и для всего массива.
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 = 0,05 с импульсы на преобразователи Boost и VSC блокируются. Напряжение PV соответствует напряжению разомкнутой цепи (Nser * Voc = 5 * 64,2 = 321 В, см. трассировку Vmean в области PV). Трехуровневый мост работает как диодный выпрямитель, и конденсаторы линии постоянного тока заряжаются выше 500 В (см. трассировку Vmean в области VSC).
При t = 0,05 сек происходит снятие блокировки преобразователей Boost и VSC. Напряжение на линии постоянного тока регулируется при Vdc = 500 В. Рабочий цикл повышающего преобразователя фиксирован (D = 0,5, как показано на ПН).
Устойчивое состояние достигается при t = 0,25 сек. Таким образом, результирующее напряжение PV равно V_PV = (1-D) * Vdc = (1-0,5) * 500 = 250 V (см. трассировку Vmean в области PV). Выходная мощность матрицы PV составляет 96 кВт (см. трассировку Pmean в области PV), тогда как указанная максимальная мощность при облучении 1000 Вт/м ^ 2 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 = 0,4 с MPPT включен. Регулятор MPPT начинает регулировать напряжение PV путем изменения рабочего цикла для извлечения максимальной мощности. Максимальная мощность (100,4 кВт) получается при рабочем цикле D = 0,454.
При t = 0,6 с среднее напряжение матрицы PV = 274 В, как ожидалось из спецификаций модуля PV (Nser * Vmp = 5 * 54,7 = 273,5 В).
С t = 0,6 сек до t = 1,1 сек происходит снижение солнечного излучения с 1000 Вт/м ^ 2 до 250 Вт/м ^ 2. MPPT продолжает отслеживать максимальную мощность.
При t = 1,2 с при снижении освещенности до 250 Вт/м ^ 2 рабочий цикл составляет D = 0,461. Соответствующими напряжением и мощностью PV являются Vmean = 268 В и Pmean = 24,3 кВт. Следует отметить, что MMPT продолжает отслеживать максимальную мощность во время этого быстрого изменения освещенности.
С t = 1,2 сек до t = 2,5 сек восстанавливают солнечное излучение до 1000 Вт/м ^ 2 и затем повышают температуру до 50 ° С. Следует отметить, что при повышении температуры с 25 до 50 ° C выходная мощность матрицы уменьшается со 100,7 кВт до 93 кВт.
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/).