—38—風(fēng)光互補供電系統(tǒng)的Simulink仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9050風(fēng)光互補供電系統(tǒng)的Simulink仿真分析案例 115681.1太陽能發(fā)電部分仿真 115481.2風(fēng)力發(fā)電部分仿真 740941.3整體系統(tǒng)的仿真 111.1太陽能發(fā)電部分仿真為了校驗太陽能發(fā)電系統(tǒng)的工作特性，利用MATLAB軟件以及Simulink建立了系統(tǒng)的仿真模型，觀察了其輸出波形，以及MPPT工作情況。圖5-1為使用Simulink建立的太陽能發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。圖5-2為擾動觀察法仿真模型。圖5-1太陽能發(fā)電系統(tǒng)仿真模型圖5-2擾動觀察法仿真模型模型中使用了goto與from模塊以簡化接線，使模型看起來更為簡潔。圖5-1為太陽能發(fā)電系統(tǒng)的模型，模擬了太陽能電池組在1000W/m2、25仿真所使用的MATLAB版本為R2018b，此版本已經(jīng)預(yù)封裝了光伏電池模塊，不需要自行搭建。當在仿真模型中設(shè)置擾動觀察法步長為0.001時，電壓、功率輸出波形如圖5-3。(a)電壓輸出波形（b）功率輸出波形圖5-3步長0.001電壓輸出波形當在仿真模型中設(shè)置擾動觀察法步長為0.002時，電壓、功率輸出波形如圖5-4。(a)電壓輸出波形（b）功率輸出波形圖5-4步長0.002輸出波形通過兩次輸出波形可以看出，較小的步長可以獲得較為穩(wěn)定的輸出電壓，但是跟蹤所需時間較長。使用更大的步長便可得到更快的跟蹤速度，但是穩(wěn)定時的波動也會增大，這個結(jié)果與理論結(jié)果相吻合，系統(tǒng)使用該種控制方法具有可行性，在實際應(yīng)用中應(yīng)合理選擇跟蹤步長，使得跟蹤速度與穩(wěn)態(tài)波動都達到要求。通過仿真我們可以明顯的看到在跟蹤速度快與穩(wěn)態(tài)波動小兩者中存在著無法兼得的問題，雖然輸出功率較為平穩(wěn)，但輸出電壓的波動是比較大的，這將不利于蓄電池壽命的延長，而增量電導(dǎo)法能夠在一定程度上解決穩(wěn)態(tài)波動的問題，因此本文繼續(xù)仿真模擬了當該風(fēng)光互補供電系統(tǒng)采用增量電導(dǎo)法進行MPPT控制時的運行情況。增量電導(dǎo)法仿真模型如圖5-5所示。圖5-5增量電導(dǎo)法仿真模型當改用增量電導(dǎo)法進行MPPT控制時，系統(tǒng)的電壓、功率的輸出波形如圖5-6所示。(a)電壓輸出波形（b）功率輸出波形圖5-6增量電導(dǎo)法輸出波形從輸出波形中可以很明顯的看到，無論是電壓還是功率波形，都是十分平穩(wěn)的，穩(wěn)態(tài)波動較擾動觀察法小了非常多。為了進一步探究增量電導(dǎo)法在該系統(tǒng)中的追蹤性能，還模擬了外界環(huán)境發(fā)生變化時系統(tǒng)的工作情況。假設(shè)環(huán)境變化情況為光照強度在2.5秒時由1000W/m2減少至600W/m2使用Simulink中的SignalBuilder模塊生成的模擬的光照強度與溫度曲線如圖5-7所示。 Ir=圖5-7光照與溫度輸入曲線在光照強度變化時系統(tǒng)的輸出如圖5-8所示。(a)電壓輸出波形（b）功率輸出波形圖5-8光照強度變化時的輸出圖5-9變光強跟蹤時間展示圖從輸出的仿真結(jié)果中可以看到，在2.5秒時，由于光照強度的減小導(dǎo)致輸出電壓與功率也減小，在很短的時間，大概121毫秒，系統(tǒng)輸出重新達到穩(wěn)定值，且穩(wěn)態(tài)波動仍然較小，通過兩次仿真結(jié)果的對比可以看到，增量電導(dǎo)法MPPT控制的輸出更為穩(wěn)定，且追蹤速度良好，與擾動觀察法相比，性能更為優(yōu)越。1.2風(fēng)力發(fā)電部分仿真為了觀察風(fēng)力發(fā)電部分的工作特性，使用Simulink對其建立了模型并進行仿真，觀察在MPPT算法（葉尖速比控制）控制下輸出λ的波形。圖5-9風(fēng)力發(fā)電部分仿真模型圖5-10PMSG仿真模型在本文中將只討論該風(fēng)力機組最大功率控制的問題，而不討論其電壓功率輸出的問題，其電壓功率輸出波形不是本文的研究方向與目的，其輸出電壓應(yīng)為三相交流電，通過AC/DC整流電路轉(zhuǎn)換為直流電對蓄電池充電或?qū)ν廨敵鲭娔堋Ｒ虼?，仿真模型中也只建立了發(fā)電機的基本數(shù)值和基本方程的模型，來表示ud、u在風(fēng)力發(fā)電部分采用葉尖速比法進行MPPT控制，使用該模型進行了恒定風(fēng)速為12m/s；以及變化風(fēng)速為8m/s（0-5s），12m/s（5-10s）兩次仿真。 Vwind=8圖5-11恒定風(fēng)速下λ可以看到，系統(tǒng)的MPPT控制工作良好，能夠使得系統(tǒng)工作在最佳葉尖速比下。當風(fēng)速變化時再次進行仿真，風(fēng)速變化曲線如圖5-12。圖5-12風(fēng)速曲線在此風(fēng)速條件下，MPPT控制系統(tǒng)的葉尖速比波形如圖5-13。圖5-13變化風(fēng)速下λ通過波形可以看到，在5s時風(fēng)速發(fā)生變化，但系統(tǒng)仍在較短時間內(nèi)完成了轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，使得葉尖速比保持在最佳葉尖速比。1.3整體系統(tǒng)的仿真在以上的分模塊進行的仿真中，本文展示了太陽能發(fā)電部分、風(fēng)力發(fā)電部分的仿真以及各部分系統(tǒng)的工作情況，包括系統(tǒng)的輸出電壓和功率、最大功率跟蹤控制器的控制情況，在兩部分的仿真中都得到了所期望的仿真結(jié)果，表明各部分設(shè)計正確合理且工作正常，為進一步探究整個系統(tǒng)的工作狀況，本文繼續(xù)連接建立了系統(tǒng)整體的仿真模型，試驗了系統(tǒng)整體的工作情況。系統(tǒng)整體的仿真模型如圖5-14所示。圖5-14系統(tǒng)整體仿真模型上方電路為風(fēng)力機仿真模型，風(fēng)力發(fā)電機選擇PMSG，三相輸出接AC/DC整流電路，通過boost升壓電路進行輸出，為蓄電池進行充電。下方為太陽能發(fā)電仿真模型，直接連接boost升壓電路進行輸出，為蓄電池進行充電。中部上方灰色模塊為控制系統(tǒng)的封裝模型。蓄電池選擇鋰離子電池，額定電壓500V，接三相全橋逆變電路對外輸出交流電能。此處仿真在風(fēng)速不變，光照強度不變的情況下進行仿真，風(fēng)速恒定為12m/s，光照強度恒定為1000W/m2圖5-15控制系統(tǒng)封裝模型控制系統(tǒng)的輸入端的輸入量為太陽能發(fā)電部分、風(fēng)力發(fā)電部分的輸出電壓與電流，輸出量為兩部分DC/DC電路開關(guān)管的開關(guān)PWM波。其內(nèi)部封裝部分為太陽能部分使用增量電導(dǎo)法的MPPT控制器以及風(fēng)力發(fā)電部分使用葉尖速比法的MPPT控制器。系統(tǒng)在上述設(shè)定環(huán)境條件下輸出電壓波形如圖5-16所示?！?9—圖5-16系統(tǒng)電壓波形可以通過仿真結(jié)果的輸出波形看到，系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定在500V，說明系統(tǒng)工作正常設(shè)計合理。蓄電池輸出通過三相全橋逆變后的波形如圖5-17所示。圖5-17三相電壓波形可以看到蓄電池輸出經(jīng)三相全橋逆變后，輸出電壓接近正弦波，頻率為50Hz，能夠正常對外輸出電能。PAGE2實際工程中環(huán)境不可能像設(shè)定一樣一成不變，因此繼續(xù)對設(shè)計的系統(tǒng)進行了變風(fēng)速與變光強的仿真試驗。變化情況與前文中提到的情況一致。圖5-