在全球積極推動(dòng)清潔能源轉(zhuǎn)型的大背景下，光伏發(fā)電作為重要的可再生能源利用方式，得到了廣泛關(guān)注和迅猛發(fā)展。

目前常用的光伏并網(wǎng)及光伏電站主要拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有單級(jí)式和雙級(jí)式。相較于傳統(tǒng)的多級(jí)式系統(tǒng)，單級(jí)式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)省去了中間的變換環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換效率更高、結(jié)構(gòu)更為簡單。本篇中我們基于EasyGo實(shí)時(shí)仿真器EGBox Mini，對單級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

通過與離線實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，可以看到EasyGo實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)顯示波形與離線一致。并且，保持溫度為25℃不變，調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度設(shè)定值后，波形能夠?qū)崟r(shí)跟隨變化，并保持穩(wěn)定。

實(shí)驗(yàn)說明，EasyGo實(shí)時(shí)仿真設(shè)備具備良好的仿真效果，在實(shí)際科研/教學(xué)中可以替代真實(shí)設(shè)備進(jìn)行單級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的仿真模擬。實(shí)驗(yàn)再次驗(yàn)證了 Easygo 仿真平臺(tái)的準(zhǔn)確性與可靠性，可為企業(yè)/實(shí)驗(yàn)室提供高效、安全的測試平臺(tái)。

單級(jí)式光伏并網(wǎng)系統(tǒng)

單級(jí)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，其核心是通過單級(jí)功率變換器（通常為并網(wǎng)逆變器），將光伏陣列輸出的直流電直接轉(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。

單級(jí)式光伏發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)的拓?fù)淙鐖D所示：

單級(jí)式光伏并網(wǎng)控制最常用的是PI雙閉環(huán)控制。外環(huán)為直流電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)。由于一般需要光伏電池總是工作在最大功率處，因此，單級(jí)式并網(wǎng)逆變器控制一般將最大功率跟蹤控制得到的最大功率對應(yīng)的直流電壓作為外環(huán)的參考電壓。

系統(tǒng)的整體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖：

離線仿真

搭建單級(jí)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1000S/㎡）下，光伏電池單體 Voc = 64.2 V，Isc = 5.96 A，Vm = 54.7 V，Im = 5.58 A，串聯(lián)數(shù)為10，并聯(lián)數(shù)為 99 ，額定功率 300 kW。光伏逆變器經(jīng)兩級(jí)變壓器升壓后接到 35 kV 交流電網(wǎng)。

并網(wǎng)逆變器采用雙閉環(huán)控制，直流電壓外環(huán)控制的參考電壓為光伏最大功率跟蹤控制得到的最大功率點(diǎn)電壓，這樣就可以使光伏系統(tǒng)始終工作在最大功率狀態(tài)。

光伏最大功率跟蹤控制采用擾動(dòng)觀察法，具體控制部分模型如下：

運(yùn)行模型，0.5s時(shí)，啟動(dòng)逆變器控制。為驗(yàn)證光伏整體控制性能，給定光照強(qiáng)度分別按照1000—1200—1000—800 W/㎡依次變化，得到仿真結(jié)果如下圖所示：

從波形可以看出：在0.5s，并網(wǎng)控制啟動(dòng)后，直流側(cè)電壓在極短時(shí)間內(nèi)被調(diào)整到和參考電壓同一值，且后續(xù)光照強(qiáng)度變化，系統(tǒng)也能快速跟隨變化并維持穩(wěn)定。

EasyGo 實(shí)時(shí)仿真

EGBox Mini產(chǎn)品系列是基于CPU+FPGA硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)的一體式緊湊型實(shí)時(shí)仿真產(chǎn)品，屬于EGBox 系列實(shí)時(shí)仿真器的入門級(jí)產(chǎn)品。其不同型號(hào)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(gè)實(shí)時(shí)仿真器（EGBox Mini），整體架構(gòu)如下圖所示：

當(dāng)光伏前端設(shè)置溫度為25℃，光照強(qiáng)度為800S/㎡時(shí)，實(shí)時(shí)仿真波形如下所示。

保持溫度為25℃不變，更改光照強(qiáng)度為1200S/㎡時(shí)，實(shí)時(shí)仿真波形如下所示。

可以觀察到：當(dāng)光伏前端設(shè)置溫度為25℃，光照強(qiáng)度為800S/㎡時(shí)，仿真波形與離線一致。調(diào)節(jié)光照強(qiáng)度設(shè)定值為1200S/㎡后，波形也能實(shí)時(shí)地跟隨變化，并保持穩(wěn)定。

EasyGo實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)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(shí)調(diào)控，這里就不過多贅述。

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