Подробная модель соединенного с сеткой массива PV на 100 кВт
Этот пример показывает подробную модель массива на 100 кВт, соединенного с сеткой на 25 кВ через конвертер повышения DC-DC и трехфазный трехуровневый VSC.
Пьер Жиру, Гильберт Сибилл (Hydro-Quebec, IREQ) Карлос Осорио, Shripad Chandrachood (MathWorks)
Описание
Массив PV на 100 кВт соединяется с сеткой на 25 кВ через конвертер повышения DC-DC и трехфазный трехуровневый Исходный конвертер напряжения (VSC). Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT) реализовано в конвертере повышения посредством модели Simulink® использование 'Инкрементной Проводимости + Интегральный Регулятор' метод.
Другой пример (см. power_PVarray_grid_avg модель), использование средние модели для DC_DC и конвертеров VSC. В этом среднем значении моделируют контроллер MPPT, на основе, 'Тревожат и Наблюдают' метод.
Подробная модель содержит следующие компоненты:
Массив PV, обеспечивающий максимум 100 кВт в облученности солнца на 1 000 Вт/м^2.
Напряжение увеличения конвертера повышения DC-DC на 5 кГц от PV естественное напряжение (273-вольтовый DC в максимальной мощности) к 500-вольтовому DC. Переключение рабочего цикла оптимизировано контроллером MPPT, который использует 'Инкрементную Проводимость + Интегральный Регулятор' метод. Эта система MPPT автоматически варьируется рабочий цикл для того, чтобы сгенерировать необходимое напряжение, чтобы извлечь максимальную мощность.
3-уровневый 3-фазовый VSC на 1 980 Гц. VSC преобразует 500-вольтовое напряжение ссылки DC в 260-вольтовый AC и сохраняет коэффициент мощности единицы. Система управления VSC использует два цикла управления: цикл внешнего управления, который регулирует напряжение ссылки DC к +/-250 В и цикл внутреннего контроля, который регулирует токи сетки ID и IQ (активные и реактивные текущие компоненты). ID текущая ссылка является выход напряжения постоянного тока внешний контроллер. Текущая ссылка IQ обнуляется для того, чтобы обеспечить коэффициент мощности единицы. Vd и напряжение Vq выходные параметры токового контроллера преобразованы в три сигнала модуляции Uabc_ref, используемый Генератором PWM. Система управления использует шаг расчета 100 микросекунд для напряжения и токовых контроллеров, а также для модуля синхронизации PLL. Импульсные генераторы Повышения и конвертеры VSC используют быстрый шаг расчета 1 микросекунды для того, чтобы получить соответствующее разрешение форм волны PWM.
10-kvar гармоники фильтрации батареи конденсаторов производятся VSC.
100 кВА 260V/25kV трехфазный трансформатор связи.
Служебная сетка (фидер распределения на 25 кВ + эквивалентная система передачи на 120 кВ).
Массив PV на 100 кВт использует 330 модулей SunPower (SPR 305E WHT D). Массив состоит из 66 строк 5 подключенных последовательно модулей, соединенных параллельно (66*5*305.2 Вт = 100,7 кВт).
Параметр 'Модуля' блока PV Array позволяет вам выбирать среди различных типов массива Системного Советника NREL Модель (https://sam.nrel.gov/).
Технические требования производителя для одного модуля:
Количество подключенных последовательно ячеек: 96
Напряжение разомкнутой цепи: Voc = 64,2 В
Текущая короткая схема: Isc = 5,96 А
Напряжение и текущий в максимальной мощности: Vmp =54.7 В, Импорт = 5,58 А
Меню блока PV массивов позволяет вам строить I-V и характеристики P-V для одного модуля и для целого массива.
Блок PV массивов имеет два входных параметров, которые позволяют вам различную облученность солнца (введите 1 в W/m^2), и температура (вводит 2 в градусе. C. Облученность и температурные профили заданы блоком Signal Builder, который соединяется с входными параметрами PV массивов.
Симуляция
Запустите модель и наблюдайте следующую последовательность событий на Осциллографах.
Симуляция запускается со стандартных условий испытания (25 градусов. C, 1 000 Вт/м^2).
С t=0 секунды к t = блокируются 0,05 секунды, импульсы, чтобы Повысить и конвертеры VSC. Напряжение PV соответствует напряжению разомкнутой цепи (Nser*Voc=5*64.2=321 V, смотрите трассировку Vmean на осциллографе PV). Трехуровневый мост действует в качестве диодного выпрямителя, и конденсаторы ссылки DC заряжены выше 500 В (см. трассировку Vmean на осциллографе VSC).
В t=0.05 секунду разблокированы Повышение и конвертеры VSC. Напряжение ссылки DC отрегулировано в Vdc=500V. Рабочий цикл конвертера повышения фиксируется (D = 0.5 как показано на осциллографе PV).
Устойчивое состояние достигнуто в t=0.25 секунду. Получившимся напряжением PV является поэтому V_PV = (1D) *Vdc = (1-0.5) *500=250 V (см. трассировку Vmean на осциллографе PV). Выходная мощность PV массивов составляет 96 кВт (см. трассировку Pmean на осциллографе PV), тогда как заданная максимальная мощность с облученностью на 1 000 Вт/м^2 составляет 100,7 кВт. Заметьте относительно Сетки Осциллографа, что фаза напряжение и текущий в шине на 25 кВ находится в фазе (коэффициент мощности единицы). В t=0.4 секунду включен MPPT. Регулятор MPPT начинает регулировать напряжение PV различным рабочим циклом для того, чтобы извлечь максимальную мощность. Максимальная мощность (100,4 кВт) получена, когда рабочий цикл является D=0.454.
В t=0.6 секунду массив PV означает напряжение =274 В как ожидалось из технических требований модуля PV (Nser*Vmp=5*54.7 = 273,5 В).
С t=0.6 секунды до t=1.1 секунды облученность солнца сползается по сравнению с 1 000 Вт/м^2 к 250 Вт/м^2. MPPT продолжает отслеживать максимальную мощность.
В t=1.2 секунду, когда облученность уменьшилась до 250 Вт/м^2, рабочий цикл является D=0.461. Соответствующим напряжением PV и степенью является Vmean = 268 В и Pmean=24.3 kW. Обратите внимание на то, что MMPT продолжает отслеживать максимальную мощность во время этого быстрого изменения облученности.
С t=1.2 секунды до t=2.5 секунды облученность солнца восстанавливается назад 1 000 Вт/м^2, и затем температура увеличена до 50 градусов. C. для того, чтобы наблюдать удар повышения температуры. Обратите внимание на то, что, когда повышения температуры от 25 градусов. C к 50 градусам. C, выходная мощность массивов уменьшается с 100,7 кВт до 93 кВт.
Ссылки
Для получения дополнительной информации на различных методах MPPT, обратитесь к следующей бумаге:
Моасир А. Г. де Брито, Леонардо П. Сампайю, Луиджи Г. Младший, Гильерме А. e Мело, Карлос А. Кэнезин "Сравнительный анализ Методов MPPT для Приложений PV", 2 011 Международных конференций по вопросам Чистой Электроэнергии (ICCEP).
Характеристики модуля были извлечены от Системного Советника NREL Модель (https://sam.nrel.gov/).