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| | | | | 光伏电池仿真模型
太阳能电池光照强度参考值取 ,环境温度参考值取 ,太阳能电池参数一般从太阳能电池生产厂商获得,具体模拟参数仿真参数见下表:
标准测试状况下电池的参数选取
通过Matlab/Simulink 中的模块,建立仿真模型如图:
太阳能电池特性的仿真结果如图
光伏电池特性曲线:
电压/电流特性曲线
电压/功率特性曲线
单相光伏并网逆变器拓扑结构分析
单相光伏并网逆变器多应用于小功率光伏发电系统,如单独住户的家庭,装机容量一般1kW~5kW 。单相光伏并网逆变器按系统主电路结构通常分为单级式和两级式两种。
单级式并网逆变器将光伏阵列输出的直流电压通过逆变器的H 桥DC/AC 环节逆变处理后接入电网,其结构如图所示。单级式并网逆变器的逆变环节直接连接光伏阵列和电网,因而它需同时实现MPPT 、并网、逆变器自我保护等多重控制。这种电路具有结构简单,元器件使用少,效率高等诸多优点,如果能研制出合理的控制策略满足电网、系统本身性能的要求,单极式并网逆变器结构将是最佳选择。
光伏并网系统结构
单级式光伏并网逆变器系统结构
两级式光伏并网逆变器系统结构
与单级式并网逆变器不同,两级式并网逆变器并非直接把光伏阵列输出电压直接送H 桥逆变,而是在逆变的前级先经DC/DC 环节变压,再通过DC/AC 环节逆变实现并网。其结构如上图所示。第一级是一个升压电路,主要实现对光伏阵列的MPPT 控制和光伏阵列输出电压的升压和隔离;第二级是高频逆变器,完成将直流逆变为负载和电网要求的交流电的功能。MPPT 控制、并网和逆变器自身保护等多重控制分开单独控制,大大简化了控制算法,由于前级将电压升高到了一个稳定的小范围,也使得并网控制变得更加容易,提高了并网逆变器功率输出的稳定性。
电网相电压有效值为220V ,为了实现单相光伏发电并网,逆变器输出电压幅值也必须稳定在220V 。考虑到滤波电感上的压降,一般光伏阵列的电压输出为400V 左右。目前,市场上一块光伏电池正常工作电压(最大工作效率下的电压)为17.5V 。单级式并网逆变器结构为了保证输出电压在400V 左右,输出功率为一个整数值,使得光伏电池的数量很难配置。而两级式逆变器不存在这个问题,光伏阵列输出电压经DC/DC 升压环节后再进入逆变环节,只要光伏阵列输出电压满足高于逆变器的最低输入电压的限制,就可以组成各种级别的功率电路。
在控制方面,单级式并网逆变器在逆变环节需同时实现光伏阵列的MPPT 控制和并网控制,使得单级式并网逆变器的控制策略很复杂,实现较为困难。而双级式并网逆变器的前级DC/DC 环节实现MPPT 控制,后级DC/AC 环节进行并网控制,两部分的控制是分开独立的。由于两级式控制技术比较成熟,理论成果丰富,这种结构在小功率的单相光伏发电并网系统应用十分广泛。本文对单相光伏并网发电系统的研究正是基于两级式并网逆变器的主电路拓扑结构。
DC/DC环节拓扑分析
Boost 变换器拓扑图
Boost 变换器电路工作过程
Boost变换器的输出表达式为:
其中,功率管通断周期记为 ,功率管通断周期中的关断时间记为 ,功率管 的占空比记为 。
系统要求如下:输入电压为 Uin=120V,输出电压Uout=350V,输出功率Pout=1000W,开关频率Fc=100kHz,纯电阻负载Rl=100,经计算可得Il=13A,D=0.66。
主功率开关管选用Infineon的IPB60R099CP型power MOSFET,它的主要参数如下:
升压二极管选用Infineon的IDH02SG120型SiC肖特基二极管,其主要参数如下:
Boost变换电路功率损耗的PSIM仿真如图:
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| | | | | Buck-Boost 变换器又称为降压升压变换器,该电路相当于在Buck 电路后面直接串联Boost 电路。其电路拓扑如图所示,主要由光伏阵列、功率开关管、电感器、电容器、二极管及负载组成。
Buck-Boost 变换器拓扑图
Buck-Boost变换器电路工作过程
Buck-Boost变换器输出电压为:
主功率开关管选用Infineon的IPB60R099CP型power MOSFET,它的主要参数:
升压二极管选用Infineon的IDH02SG120型SiC肖特基二极管,其主要参数:
Buck-Boost 变换电路功率损耗的PSIM 仿真如图:
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| | | | | | | 基于ANSYS仿真的Buck-Boost参数设置:
Buck-Boost的原理图以及仿真波形:
上图的仿真波形放大如下:
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| | | | | 全桥变换器拓扑图
主功率管选用Infineon的BSC22DN20NS3G型power MOSFET,主要参数:
整流二极管选用Infineon 的IDB06S60C 型SiC 肖特基二极管,其主要参数:
全桥变换电路功率损耗仿真图
经过对Boost、Buck-Boost和全桥变换器三种常用硬开关DC/DC升压变换电路的分析研究,可以看出转换效率最高的是Boost变换器,Buck-Boost变换器次之,全桥变换器效率最低。在无变压器电路结构中,功率开关管的损耗所占的比重最大,也占很大一部分。因此要提高变换器的整机效率,降低开关管、二极管和变压器的损耗十分重要。其中,Boost变换器和Buck-Boost变换器因为无需变压器,则可以减少变压器部分的损耗。而功率开关管的损耗主要是自身的开关损耗,因此只要使开关管工作在特殊开关状态,就可以大大减少变换器的总体损耗,提高整体的转换效率。二极管可以在符合参数要求的前提下,选择反向恢复电荷较小的元器件。对于光伏发电系统来说,变换效率提高以后,输出的功率更大,相当于光伏发电系统输出功率等级降低了,有效降低了整个光伏发电系统的成本。因此,并网逆变器的前级电路,选择Boost电路作为两级式逆变器的前级电路。
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| | | | | | | | | 直接可以在对话框设置全桥变换器的参数,这个貌似有点方便。 |
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| | | | | | | | | | | 仿真就该如此那,时间短效率高,没必要花太多的时间,多余的时间可以用在实践上! |
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| | | | | 针对两级式并网逆变器前级DC/DC环节和后级DC/AC环节进行研究。结论如下:
(1)在中小功率光伏并网逆变器中,选择两级式并网逆变器结构,前级DC/DC环节实现光伏阵列最大功率跟踪,后级DC/AC环节实现并网控制,两者独立分开,使得单相光伏并网发电系统的控制方式更加简单可靠。
(2)通过相同条件下光伏并网逆变器前级升压环节不同电路拓扑的损耗计算和仿真验证,采用Boost变换器的升压电路最为合适。
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| | | | | 控制器控制电力电子设备转换和一些其它的设备,它的主要功能有MPPT控制,并网波形控制和孤岛效应预防。 |
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saber对于开关电源的仿真来说,做的是比较好的软件,里面的大部分器件的模型都很准确,是基于物理结构来搭建每一个模型的,在这方面,比matlab要稍强些;
而至于matlab,其仿真功能也异常强大,其覆盖的范围比saber广很多,也正是由于范围广,其关于电子器件的建模在某些方面,没有saber做得好,但是其对于仿真大型系统来说,是比较方便的,可以与下位机链接调试,其代码可以自动生成,且是C语言格式的,方便编程开发者读懂程序,还有强大的状态流设计功能,更能加快设计流程;
ANSYS主要集中于磁性元件的建模和分析,对于磁性元件(像电感和变压器)的模型,要优于saber和matlab,其可以对磁性元件的各种场进行分析,便于设计者对于各种磁场的走向有直观的理解,这方面,saber和matlab做不到,而开关电源中重要的器件莫过于就是感性元件了,感性元件的模型越准确,其仿真度越高,更利于产品的开发。且操作界面很友善,像变压器的参数,在一个窗口即可设置完全,很是方便。这方面,saber和matlab还需加强!
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 学是学了,出来几年,忘得也差不多了,不是说了要向你学习的么 再说了出来后的工作跟所学的专业也不对口呀 |
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| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 建议楼主今后多多发表些文章,好让我们多学习学习 挺你 |
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