Подробная модель 100-kW связанного с сеткой массива
В этом примере показана подробная модель массива 100-kW, соединенного с 25-kV сеткой через усилитель постоянного тока и трехфазный трехуровневый VSC.
Пьер Жиру, Жильбер Сибиль (Гидро-Квебек, IREQ) Карлос Осорио, Шрипад Чандрахуд (The MathWorks)
Описание
Массив 100-kW PV соединяется с 25-kV сеткой через усилитель DC-DC и трехфазный трехуровневый преобразователь источника напряжения (VSC). Максимальное Отслеживание Точек Степени (MPPT) реализуется в усилителе с помощью модели Simulink ® с помощью метода 'Incremental Conductance + Integral Regulator'.
Другой пример (см. power_PVarray_grid_avg модель) использует средние модели для DC_DC и VSC конвертеров. В этой средней модели контроллер MPPT основан на методе 'Perturb and Observe'.
Подробная модель содержит следующие компоненты:
Массив PV, выдающий максимум 100 кВт при облучении солнцем 1000 Вт/м ^ 2.
5-kHz усилитель постоянного тока увеличивая напряжение от природного напряжения PV (273 В постоянного тока при максимальной степени) до 500 В постоянного тока. Коэффициент заполнения переключения оптимизируется контроллером MPPT, который использует метод 'Incremental Conductance + Integral Regulator'. Эта система MPPT автоматически изменяет коэффициент заполнения в порядок, чтобы сгенерировать необходимое напряжение для извлечения максимальной степени.
1980-Hz 3-уровневый 3-фазный VSC. VSC преобразует напряжение 500 В постоянного тока в 260 В переменного тока и сохраняет коэффициент степени единицы. Система управления VSC использует два циклов управления: внешний цикл управления, который регулирует напряжение ссылки постоянного тока до +/- 250 В и внутренний цикл управления, который регулирует D и q-составляющие сетки (активные и реактивные компоненты тока). Id current reference является выходом внешнего контроллера постоянного напряжения. Ссылка тока q устанавливается равным нулю в порядок для поддержания фактора степени единицы. Выходы Vd и Vq напряжения токового контроллера преобразуются в три сигнала модуляции Uabc_ref используемые генератором PWM. Система управления использует шаг расчета 100 микросекунд для напряжения и токовых контроллеров, а также для модуля синхронизации ФАПЛ. Импульсные генераторы преобразователей Boost и VSC используют быстрый шаг расчета 1 микросекунды в порядок, чтобы получить соответствующее разрешение форм волны PWM.
10-кварные гармоники фильтрации конденсаторной батареи, производимые VSC.
100-kVA 260V/25kV трехфазный соединительный трансформатор.
Инженерная сетка (25-kV распределительный фидер + эквивалентная система электропередач 120 кВ).
Массив 100-kW PV использует 330 модулей SunPower (SPR-305E-WHT-D). Массив состоит из 66 строк 5 последовательно соединенных модулей, соединенных параллельно (66 * 5 * 305,2 W = 100,7 кВт).
Параметр 'Module' блока PV Array позволяет вам выбирать среди различных типов массивов NREL System Advisor Model (https://sam.nrel.gov/).
Спецификации производителя для одного модуля:
Количество последовательно соединенных камер: 96
Напряжение разомкнутой цепи: Лос = 64,2 В
Короткая схема: Isc = 5,96 A
Напряжение и ток на максимальной степени: Vmp = 54,7 В, Imp = 5,58 А
Блочное меню PV-массива позволяет вам построить график характеристик I-V и P-V для одного модуля и для всего массива.
Блок массива PV имеет два входных параметра, которые позволяют изменять солнечное излучение (вход 1 в Вт/м ^ 2) и температуру (вход 2 в ° C). Профили облучения и температуры заданы блоком Signal Builder, который соединяется с входами массива PV.
Симуляция
Запустите модель и наблюдайте следующую последовательность событий на возможности.
Симуляция начинается со стандартных условий испытаний (25 ° C, 1000 Вт/м ^ 2).
От t = 0 сек до t = 0,05 сек, импульсы на преобразователи Boost и VSC блокируются. PV-напряжение соответствует разомкнутому напряжению (Nser * Voc = 5 * 64,2 = 321 V, см. Vmean trace on PV возможностей). Трехуровневый мост работает как диодный выпрямитель, и конденсаторы ссылки постоянного тока заряжаются выше 500 В (см. «Vmean trace» на возможностях VSC).
При t = 0,05 с преобразователи Boost и VSC деблокируются. Постоянное напряжение регулируется в Vdc = 500V. Коэффициент заполнения усилителя фиксирован (D = 0,5, как показано на возможностях ПВ).
Устойчивое состояние достигается при t = 0,25 с. Результат напряжения PV, таким образом V_PV = (1-D) * Vdc = (1-0,5) * 500 = 250 В (см. Vmean trace on PV scope). Выходная степень массива PV составляет 96 кВт (см. «Трассировка Pmean» на возможностях PV), в то время как заданная максимальная степень с облучением 1000 Вт/м ^ 2 составляет 100,7 кВт. Наблюдайте на Возможности Grid, что напряжение фазы А и ток на шине 25 кВ находятся в фазе (коэффициент степени единицы). При t = 0,4 сек MPPT активизируется. Регулятор MPPT начинает регулировать напряжение PV путем изменения коэффициента заполнения в порядке извлечения максимальной степени. Максимальная степень (100,4 кВт) получается, когда коэффициент заполнения D = 0,454.
При t = 0,6 с PV массива среднее напряжение = 274 V, как ожидалось из спецификаций модуля PV (Nser * Vmp = 5 * 54,7 = 273,5 V).
От t = 0,6 с до t = 1,1 с солнечное облучение растёт с 1000 Вт/м ^ 2 до 250 Вт/м ^ 2. MPPT продолжает отслеживать максимальную степень.
При t = 1,2 с при уменьшении облучения до 250 Вт/м ^ 2 коэффициент заполнения D = 0,461. Соответствующее напряжение PV и степени являются Vmean = 268 V и Pmean = 24,3 кВт. Обратите внимание, что MMPT продолжает отслеживать максимальную степень во время этого быстрого изменения излучения.
От t = 1,2 с до t = 2,5 с солнечное облучение восстанавливают обратно до 1000 Вт/м ^ 2 и затем повышают температуру до 50 ° С. Обратите внимание, что при повышении температуры с 25 ° C до 50 ° C выходная степень массива уменьшается с 100,7 кВт до 93 кВт.
Ссылки
Для получения дополнительной информации о различных методах MPPT, обратитесь к следующему документу:
Моасир А. Г. де Брито, Леонардо П. Сампайо, Луиджи Г. младший, Гильерме А. э Мело, Карлос А. Канесин «Сравнительный анализ методов MPPT для применения ПВ», Международная конференция по чистой электрической Степени 2011 года (ICCEP).
Характеристики модуля были извлечены из NREL System Advisor Model (https://sam.nrel.gov/).