Ⅰ 光伏模擬
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三相並入電流
ABC->DQ轉換
無功電流給定值
電流內環控制器
DQ->ABC轉換
SPWM驅動功率開關管
直流母線電壓
直流母線電壓
給定值
PI控制器
最大功率跟蹤控制
直流母線電流Iin,Iout
圖5 並網控制器結構
2.3.1電流內環控制模型
在三相靜止對稱坐標系數學模型中，逆變器交流側均為時變交流量，因而不利於控制
系統設計。為此，可以通過坐標變換轉換成與電網基波頻率同步旋轉的(d、q)坐標系【4】
。這樣，經坐標旋轉變換後，三相對稱靜止坐標系中的基波正弦量將轉化成同步旋轉坐標系中的直流變數，從而簡化了控制系統設計。由三電平逆變器在兩相同步旋轉坐標系下的數學模型，可以得到dq兩相電流微分方程為：
dqqqqqddddLiRiUSdt
di
LLiRiUSdt
diL （2.4） 式中
dS、qS——三相逆變器交流輸出端基波相電壓合成矢量的d軸和q軸分量；
dU、qU——三相電網電壓合成矢量的d軸和q軸分量； di、qi——三相並網電流合成矢量的d軸和q軸分量；
由式（2.4）可知，d、q軸電流除受控制量
dS、qS的影響外，還受到交叉耦合電壓
dLi、
q
Li和電網電壓dU、qU
的擾動。因此，需要對d、q軸電流進行解耦並引入電網電壓前饋進行更好的控制。同時，電網電壓前饋的引入有利於系統的動態性能得到進一步提高。由此，
可以將系統電流內環設計【4】【5】【6】
為：
d
qqqipqqdddipd
LiUiisKKSLiUiis
KKS))(())((****
（2.5）
根據上述分析，構造如圖6所示的系統控制模擬模型。
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圖6 電流環控制模擬模型
2.3.2功率跟蹤控制模型
由於太陽能電池的電壓與電流並不是線性的關系，且在不同的大氣條件下，因日照量與溫度不同每個工作曲線都不一樣。每一個工作曲線均有一個不同的最大功率點(Pmax)此即為太陽能電池的最佳工作點。為了提高太陽能發電系統的效率並充分的運用太陽能電池，需要一控製法則來使太陽能電池隨時操作在最大功率點，此即最大功率點追蹤法(MPPT)。 最大功率點跟蹤的過程實質上是一個尋優過程，即通過控制太陽能電池端電壓來控制最大功率的
輸出[7]
，常用的方法有：恆壓跟蹤法(CTV)、擾動觀測法、導納微分法。其中擾動觀測回探法既避免了擾動觀測法判斷失誤的可能性，又以其演算法簡明、測量參數少而優於導納微分法，
太陽能電池輸出功率的利用率得到很大提高[8]
，圖7是演算法流程。Matlab/Simulink現有的模塊要實現該演算法比較困難，本文通過編寫相應的代碼，以s函數封裝形式來完成該演算法模塊功能。s函數提供了一個代碼和Simulink模塊之間的介面，用來實現對模塊的編程。其中s函數的代碼可以用Matlab語言編寫，也可以是C、C++、Ada、Fortran等語言編寫。
圖7 最大功率跟蹤流程圖
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圖中，I:光伏電池陣列輸出的電流；U:光伏電池陣列輸出電壓；P:光伏電池陣列輸出功率；Uref:最大功率跟蹤器輸出的電壓參考值；△U:電壓擾動值。
3模擬結果與分析
設置模擬時間為0.18s, 在前0.1s功率跟蹤控制器輸出電壓給定值低於最大功率點電壓，後0.08s電壓給定值大於最大功率點電壓。圖8是A,B,C相並網電壓與電流波形圖。第一個周期由於模擬環境採用不等步長模擬，第一個周期點數比較多，所以顯得時間比較長，其實就是一個周波，這是給電容充電階段。整體上該電流與電壓是同相的,表明本文設置的並網控制器是有效的。
(a) (b)
©
圖8 三相光伏發電並網電流與電壓波形
(a)A相電壓與電流波形(黑體為電流波形);(b) B相電壓與電流波形(黑體為電流波形);(c)C相
電壓與電流波形(黑體為電流波形)
圖9是直流端電壓、電流波形圖，在前0.1s,電壓波動明顯，原因在於該時段最大功率跟蹤器輸出的電壓給定值低於最大功率點電壓，此時系統工作在電池陣列的恆流源特性區域，使得稍微調節電流，直流側電壓的變化就比較大，加之電流內環也存在一定的動態調節時間，電流波動也就特別明顯。後0.08s,當直流側電壓給定值遠大於最大功率點電壓，系統始終工作在光伏電池陣列的恆壓源特性區域，所以直流側電壓波動比較小。從直流端光伏電池輸出電流波形可以看出，在連接電網斷路器合上之前，電流基本上就是電容的充電電流，可以看出，初始沖擊電流還是比較大的，如何降低初始充電電流對電容的沖擊，在工程設計時應當注意。其次可以看出，該電流波形是個脈沖波形，對電流感測器要求比較高。
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(a) (b)
圖9 直流側電壓與電流波形
(a)直流側電壓波形;(b)直流側電流波形
圖10是並網過程中電池陣列輸出功率與交流側並網功率波形圖，從圖中可以看出，光伏電池輸出功率與交流側並網功率並不平衡，原因在於電抗器、以及功率開關管，並網變壓器均存在功率損耗。其次可以看出，並網功率前半段時間並網功率波動比較明顯，原因在於此時段，光伏電池陣列工作在恆流特性區域，使得稍微調節直流側電流，導致直流側電壓的變化就比較大，加之電流內環也存在一定的動態調節時間，並網電流波動也就特別明顯。反之，在後半段時段，光伏電池陣列工作在恆壓特性區域，直流側電壓變化不大，電流內環的電流參考值變化不大，交流側並網功率就比較恆定。因此，為了減小並網功率的波動，兼顧電池效能的最大利用，光伏電池陣列推薦工作在接近最大功率點的恆壓特性區域。
圖10 光伏電池陣列輸出功率與並網功率
4結論
1) 本文建立的三相光伏並網發電模擬模型及其控制方法能較好地模擬三相光伏並網發電
情況，為太陽能光伏並網發電系統的設計、優化提供了有效的手段。
2) 系統控制模型採用最大功率跟蹤環、電壓環與電流內環的三環結構，功率跟蹤主要作用
使太陽能電池隨時操作在設定功率點；電壓環主要作用是控制三相逆變器直流側電壓，
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使直流側電壓跟隨指定電壓；電流內環採用前饋解耦的電流閉環控制。模擬表明上述控制方法能使交流電流很好地跟蹤交流電網電壓，實現了逆變目標。
3) 通過三相光伏並網發電模擬，光伏電池陣列可以工作在恆流特性區域，但是並網交流電
流波動比較大，為了減小並網功率的波動，光伏電池陣列推薦工作在接近最大功率點的恆壓特性區域。
4) 在光伏發電並網之前，並聯在光伏電池陣列的電容在充電階段，初始沖擊電流是比較大
的，工程設計時要考慮抑制初始充電電流對電容沖擊的影響。
Ⅱ Trnsys簡介及TESS庫介紹
Trnsys簡介：
TRNSYS是一款由威斯康星大學麥迪遜分校和歐洲研究所聯手打造的動態模擬軟體，其Ver.17版本以開放性和靈活性著稱。該軟體具有以下核心特點：
TESS庫介紹：
TESS庫作為TRNSYS的擴展，特別關注於高效能的熱能利用，包含以下關鍵組件：
此外，TESS庫還涵蓋了燃料細胞、風道系統、建築負載、儲熱設備等眾多功能，使得模擬模擬更加細致入微。用戶可以通過TESS 17.0中的詳細表格找到所有組件的完整列表，以便進行更加全面和深入的模擬研究。