基于MATLAB-Simulink平台的分布式光伏并网发电系统仿真研究

基于 MATLAB-Simulink平台的分布式光伏并网发电系统仿真研究

王福升 黄奕桐 李彬

吉林建筑大学 电气与计算机学院，吉林 长春 130012

摘要 电力供应一直是我国经济建设发展的重要支撑点，近些年来，我国发电产业一直是以火力发电为主，其他清洁能源发电为辅的格局。随着我国“双碳”政策的提出和实行，碳排放量被逐步限制，使用清洁能源代替化石能源已经变得刻不容缓，而在众多清洁能源中，太阳能是最佳选项之一。使用太阳能转化为电能并入电网中以减少化石能源的使用，会在一定程度上减少我们的碳排放量。但在将太阳能转化为电能并入电网时，还会有影响电能质量等其它问题。本文中，首先介绍了分布式光伏并网的概念，其次使用MATLAB-Simulink平台来构建分布式光伏并网系统仿真，通过实验分析比较了分布式光伏并网对电网中电能质量的影响以及配电网的影响，最后进一步展望了分布式光伏并网的未来发展。

关键词：分布式光伏系统；光伏并网；光伏发电系统仿真；MATLAB；

引言

随着我国居民经济水平的提高，用电量也在大幅增长，同时电力用户对用电量和电能质量也提出了更高的要求。传统火力发电由于碳排放量过高，在当前我国提出“碳达峰”，“碳中和”的形势下，使用其他清洁能源发电代替火力发电已经成为共识。相比较于风能，水能和核能发电，分布式光伏发电可以通过与建筑物共同形成光伏发电系统，可以提供较为稳定的供电，而水能发电则有着秋冬水位下降，供电能力不足的情况。

光伏产业在全世界首先欧美国家由于起步较早，发展水平较快，已经形成了比较完备的产业链，其次日本的光伏发电技术也是遥遥领先，在2005年起，日本的太阳能电池产量大约是全世界产量的一半。在我国的光伏产业虽然较世界其他发达国家起步较晚，但在2000年前后由于政策帮扶，迅速发展，在经历了几十年的发展后产业链已经是日趋成熟。

在当前全球节能减排的大环境下，越来越多的学者开始研究光伏并网发电。长春工程学院的薛广业从多个角度研究了光伏并网对配电网和电能质量的影响，通过PSCAD软件建立配电网模型观察配电网变量输出图得到光伏发电系统接入电网后对配电网的影响，通过改进PSO算法优化光伏并网后电能质量降低的情况。广东工业大学的杨年杰通过搭建仿真系统，探究光伏并网对电力系统中配电网和电能质量的影响，使用多个光伏电源以及无功补偿等方式提高电能质量。

本文首先介绍了分布式光伏并网发电系统，其次使用MATLAB-Simulink平台构建分布式光伏并网系统，通过仿真得出分布式光伏并网时对配电网以及电能质量产生的影响，最后研究如何构建能够减少对电能质量和配电网的影响。

1 分布式光伏并网发电系统

光伏并网发电系统由发电方式可分为集中式并网光伏系统和分布式并网发电系统。集中式并网光伏系统就是将太阳能转化的电能直接传送给电网，缺点是无法发挥大面积使用太阳能的优点。分布式光伏并网系统又分为逆流型、非逆流型和切换型分布式光伏系统，逆流型分布式光伏并网系统是通过家庭安装光伏并网系统，当家庭用电量充足时通过逆变器传送给当地电网并获得利润，当家庭用电量不足时可以使用电网中的电能，非逆流型分布式光伏系统则没有安装当电量充足时向电网中输入多余的电量，而切换型分布式光伏系统则是当光伏系统提供电量充足时自动断开与电网连接装置，完全实现自给自足，当光伏系统提供电量不足时，则连接配电网使用电网中电能。

分布式光伏并网发电系统虽然有三种，但基本原理大致相同。分布式光伏并网发电系统通过光伏发电系统把太阳能转化为电能，通过配电箱输送给用电器，当光伏系统的电能过量时，可通过逆变器传送给当地电网，当电能不足时，可使用当地电网中配电网电量进行调节。分布式光伏并网系统可以充分利用太阳能广泛分布的特点，还可以帮助电网起到调峰的作用。

2分布式光伏并网发电系统仿真

本次仿真使用MATLAB-Simulink构建分布式光伏系统仿真模型，使用逆变器与电网并联，采用的数据为220V，50Hz的单相交流电压源，交流侧滤波电感设为20mH，开关频率为5kHz。通过仿真，我们可以得到当分布式光伏系统并入电网中时，输出电压波形有一定毛刺，没有足够平滑，证明当电网接收到光伏系统电量时会对输出电压产生一定影响。通过观察电流波形发现存在一定的偏移，证明分布式光伏系统接入电网时对电流也产生了一定影响。

本次实验通过搭建MATLAB-Simulink平台构建分布式光伏系统，来验证分布式光伏系统进入电网时对电网中电能质量，电压以及电流的影响。通过本次实验验证了光伏系统的确对配电网存在一定的影响，但是分布式光伏系统对于配电网的影响一定是利大于弊，只要在接下来的方案中增加抑制电压偏移的方法，便可以大大增加分布式光伏系统的装机数量。

结论

本文通过使用MATLAB-Simulink构建分布式光伏系统仿真，以此来判断分布式光伏系统接入电网是对电能质量和配电网的影响因素。在全球限制碳排放的趋势下。使用清洁能源发电代替火力发电已经成为人们的共识，分布式光伏作为高效利用太阳能来分担电力供应压力，可以降低化石能源在发电中的使用，进一步减少碳排放。目前，全世界国家都在大力发展清洁能源，尤其我国由于电力供应发布“双限”政策，提高供电能力显得更加重要，光伏产业的前景也将更加开阔。

作者信息：王福升，男，就读于吉林建筑大学，电气与计算机学院

黄奕桐，女，就读于吉林建筑大学，电气与计算机学院

指导教师：李彬，男，讲师，吉林建筑大学，电气与计算机学院