风电互补发电系统的MATLAB建模及仿真分析案例
目录
风电互补发电系统的MATLAB建模及仿真分析案例 1
1.1光伏发电系统MPPT控制及Boost电路 1
1.2风力发电系统MPPT控制 3
1.3储能系统的建模和参数设置 4
1.3.1储能模块的建模和参数设置 4
1.3.2双向DC-DC变换器建模和参数设置 5
1.3.3储能系统充放电控制策略 7
1.4风光互补系统仿真分析 8
1.1.1系统仿真模型及参数 8
1.1.2仿真分析 9
1.1光伏发电系统MPPT控制及Boost电路
光伏电池Boost升压电路原理图如下图1.1所示：
图1.1Boost电路原理图
在电流连续的工作情况下输出电压满足：
(4-1)
其中D为开关器件的占空比，D1,故UL其值始终大于Upv,达到升压的目的，通过调节占空比D就可以改变输出电压的大小。
Boost电路中参数设计主要是升压电感和输出滤波电容的设计，工作在电流连续状态下，一个周期内电感上充放电相等，假设无损耗，Pp?=PRI,Ppv是光伏电池发出的功率，PRL是负载上消耗的功率，Po=1·U,PRL=IRL·URL,Ipv为光伏电池光生电流，Upv为光伏电池端电压，IRL为流过负载的电流，URL为负
载端电压，结合式(4-1)并有,又有Ipv=I,故有其中
I?为流过电感的电流，电感电流公式为,最后得到电感公式：
(4-2)
式中Ts为采样周期，η为电感上的纹波电流系数，,当D=1/3时L有最大值Lmax,为满足纹波要求电感的取值应满足LLmax
电容C的设计应满足下式
(4-3)
式中η,为电压纹波系数，取1%。
根据上述光伏模型，电导增量MPPT模型，搭建扰动观测法的Simulink仿真模型如下图3-4所示。
Ppv
Ppv
×
PLmp
Upv
IpvD-扰动观测法MPPT
000
L1
C1
S1
2
光伏电池1
TS
Upv
25
+
U
I
图1.2扰动观测法MPPT仿真图
仿真中最开始加入的条件是标准状况，即T=25C°,S=1000W/m2,在0.5sS降为800W/m2,0.8s光照S上升至1000W/m2,其仿真结果如下图所示。
时间(s)
图1.3扰动观测法输出端功率追踪图
上述波形为扰动观测法MPPT的输出的波形。Os仿真开始运行，模拟光照强度由0W/m2突增到1000W/m的情形，0.5s光照强度下降至800W/m2,0.8s后光照重新上升至1000W/m2。可以看出扰动观测算法跟踪最大功率点的响应时间为0.3s,即在0.3s时达到光伏电池的最大功率点附近，功率为3.5kw左右，由于步长的扰动原因，出现一小段的误扰动，最终稳态跟踪精度约为99.8%。
1.2风力发电系统MPPT控制
风力机的最大功率跟踪是风速发生变化时，在MPPT的控制下，风力发电系统可以实现对风能的最大捕获，并尽可能多的将风能转化能电能。根据风力发电机的功率与转速曲线，在风速一定的情况下，发电机存在一个固定的转速，可以使风力发电机达到最大功率输出，此时功率与角速度满足Dp/dw=0。在Boost升压电路中电路为例，通过改变占空比就可以实现最大功率的控制。
(1)最佳叶尖速比法
当风速发生变化时，通过控制方法使叶尖速保持最大，这样在任何风速下保持风能利用率最大，输出功率保持在最大功率点。它将风速与风力机转速作为输入信号，通过计算得出实际的叶尖速比，然后与给定的最佳叶尖速比进行比较，经过对偏差的不断调整，直到实际叶尖速比达到最优叶尖速比。该方法控制原理简单，只需一个控制器就能满足要求，不过需要对风速进行精确测量，并要求对最佳叶尖速比进行配置，增加了执行难度。
叶尖速比指令风电系统控制指令控制器
叶尖速比指令
风电系统
叶尖速比λ
风速v转速
风速v
Ro/v
(a)最佳叶尖速比法
(2)功率反馈法
功率反馈法不需要风速检测装置，运用了能量平衡的原理，根据风机的最大功率曲线控制发电机的功率输出。该方法需要提前知道风力机的功率转速曲线，通过测量实际转速得到实际功率，与最优功率比较，通过不断调节功率误差，使系统工作在最大功率点处。该算法的优点在于无需测量风速，避免了风速检测环节的诸多误差，缺点在于需