光伏發(fā)電作為重要的可再生能源利用方式，受到廣泛關(guān)注。雙級式光伏并網(wǎng)是目前常見的一種光伏并網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。與單級式相比，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但前、后級可分開控制，應(yīng)用靈活，且控制方法較簡單。

本篇中我們基于 EasyGo 實(shí)時仿真器EGBox Mini，對雙級式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗。通過與離線仿真對比，可以看到EasyGo 實(shí)時仿真設(shè)備能在實(shí)際科研/教學(xué)中替代真實(shí)設(shè)備進(jìn)行雙級式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模擬，再次驗證了EasyGo實(shí)時仿真平臺的準(zhǔn)確性與可靠性。

一、雙級式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

雙級式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)是光伏技術(shù)中的一種重要并網(wǎng)方案，其核心是通過兩級功率變換器（前級 DC-DC 變換器和后級DC-AC逆變器），先將光伏陣列輸出的直流電進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）和升壓穩(wěn)壓，再轉(zhuǎn)換為與電網(wǎng)電壓、頻率及相位同步的交流電，并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)接入。

雙級式非隔離型光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)淙鐖D：

三相光伏并網(wǎng)主要包括：光伏電池模塊、最大功率跟蹤控制、三相逆變器及逆變控制、逆變器出口濾波以及交流電網(wǎng)。并網(wǎng)逆變控制采用基于dq解耦的雙閉環(huán)控制，控制框圖如下：

電壓環(huán)（外環(huán)）逆變側(cè)直流電壓與給定直流電壓進(jìn)行比較，經(jīng)過 PI，作為電流環(huán)（內(nèi)環(huán)）參考值id_ref。電流環(huán)q軸參考值一般給定為0，以達(dá)到并網(wǎng)效率最大（理想情況下功率因數(shù)為1）。

系統(tǒng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖：

二、離線仿真

搭建雙極式光伏并網(wǎng)離線模型如下所示。

光伏電池在標(biāo)準(zhǔn)情況（溫度 25℃，光長強(qiáng)度1000W/㎡）下，單塊光伏電池開路電壓44.2V，最大功率處電壓35.2V，短路電流5.2A，最大功率處電流4.95A。

光伏電池串聯(lián)數(shù)為 10，并聯(lián)數(shù)為58，額定功率100kW，正常運(yùn)行過程中，逆變器直流側(cè)電壓500V，交流電網(wǎng)電壓380V。

目前，光伏 MPPT 控制算法應(yīng)用比較普遍的有電導(dǎo)增量法，恒定電壓法，擾動觀察法等。本模型采用電導(dǎo)增量法進(jìn)行最大功率跟蹤，根據(jù)太陽能電池上的日照強(qiáng)度變化時，其最大功率點(diǎn)處功率對電壓導(dǎo)數(shù)為0，即dP/dU=0。

運(yùn)行模型，逆變器直流側(cè)電壓給定值為 500V，光照強(qiáng)度給定值分別為1000—1200—1000—800W/㎡，驗證光伏整體控制性能。在0.05s啟動光伏，在0.1s啟動VSG控制，得到仿真結(jié)果如下圖所示：

從波形可以看出：在 0.1s 啟動VSC控制后，Vdc在短時間被控制到設(shè)定值500V；在光照強(qiáng)度變化時，系統(tǒng)也能快速跟隨變化，并維持穩(wěn)定。

三、EasyGo 實(shí)時仿真

EGBox Mini產(chǎn)品系列是基于CPU+FPGA硬件架構(gòu)設(shè)計的一體式緊湊型實(shí)時仿真產(chǎn)品，屬于EGBox系列實(shí)時仿真器的入門級產(chǎn)品。其不同型號可完成硬件在環(huán)測試系統(tǒng)（HIL）或者快速控制原型系統(tǒng)（RCP）。將控制模型和拓?fù)淠Ｐ头謩e通過仿真上位機(jī)部署進(jìn)兩個實(shí)時仿真器（EGBox Mini），整體架構(gòu)如下圖所示：

1、給定逆變器直流側(cè)電壓500V，溫度25℃，光照強(qiáng)度1000W/㎡。

可以看到：啟動光伏后，光伏發(fā)電功率值 Power_pv 明顯增大到額定發(fā)電功率100kW左右；啟動VSC控制，與離線結(jié)果相同，Vdc在短時間被控制到設(shè)定值500V左右。

2、不改變給定電壓和溫度，光照強(qiáng)度從1000W/㎡ 依次調(diào)整為1200W/㎡，1000W/㎡，800W/㎡ 時，可以看到系統(tǒng)能快速跟隨變化，并維持穩(wěn)定。

可以看到：光伏發(fā)電功率 Power_pv 變化與光照強(qiáng)度變化成正比。光照強(qiáng)度由1000W/㎡ 變到1200W/㎡ 時，光伏發(fā)電功率Power_pv、電流I_pv及有功功率P明顯增大；從1200W/㎡ 變到1000W/㎡ ，再到800W/㎡ 時，隨之減小，同時系統(tǒng)也能快速跟隨變化，并維持穩(wěn)定。

EasyGo實(shí)時仿真平臺基于Matlab/Simulink的實(shí)現(xiàn)方式具有上手快、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在完成端口配置的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)免培訓(xùn)操作。上位機(jī)軟件Desksim可通過在線調(diào)參功能對系統(tǒng)的功率電路部分進(jìn)行實(shí)時調(diào)控，這里就不過多贅述。

雙級式光伏并網(wǎng)實(shí)時仿真就分享到這里了，歡迎感興趣的工程師們留言溝通。