文档介绍：带有MPPT 功能的光伏阵列的通用建模与仿真
呼忠权
(燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室,河北秦皇岛 066004)
【摘要】为了克服单纯用Simulink元件库建立光伏阵列模型过程复杂的缺点,利用光伏阵列输出特性方程和MATLAB/Simulink建立了基于M函数的光伏阵列最大功率控制的通用仿真模型。将该通用模型用于单相光伏并网系统MPPT中,并在不同光照强度下,对单相并网系统进行仿真实验,仿真结果表明:该模型能快速找到新的工作点,并保持稳定,具有良好的动态特性和强鲁棒性。
.jyqkulink仿真工具可用于复杂系统的仿真,利用光伏模块直流物理模型,建立光伏阵列通用仿真模型。将上述光伏阵列的通用仿真模型用于单相光伏并网系统的动态仿真,进而解决光伏阵列模块建模通用性问题。
1 MPPT通用模型
光伏电池原理
太阳能是一种辐射能,可以利用能量转换设备将其转换为电能,这种把光能转换为电能的装置主要是光伏电池。光伏电池是一种基于光伏效应特性的可以把光能直接转换成电能的半导体器件。所谓的光伏效应是指某种材料在吸收了光能之后产生电动势的效应。在气体,液体和固体中均可产生这种效应。在固体,特别是半导体中,光能转换成电能的效率相对较高。
光伏电池实际上是一个PN结。通常用于光伏电池的半导体材料是一种介于导体和绝缘体之间的特殊物质。为了在光伏发电系统的设计中,更好的分析光伏阵列的电性能,使其与光伏控制系统匹配,进而达到最佳的发电效果,需要建立光伏电池数学模型[3],来反映光伏电池各项参数的变化规律。
其中,IL表示输出电流,UOC表示开路电压,I0表示反向饱和电流,TC表示光伏电池温度,Iph表示光生电流,q表示电子电量,A表示理想因子,Rs表示串联电阻。
光照强度和环境温度对光伏电池的影响
光伏电池是一种将太阳能直接转化为电能的器件,是半导体光电二极管按照一定的规律组装而成,其发电量受光照强度和环境温度等因素影响。
在25℃时,不同太阳光照强度对太阳能电池电压和电流的影响曲线如图3所示。
光伏阵列在任意太阳辐射强度及环境温度下的功率表示为[3]:
为了将最大功率控制编入光伏阵列的模型中,基于MATLAB Function模块,将公式(2)编写成M函数,其功能是将M函数与Simulink有机结合起来,这样不但使仿真模型简单,而且大大降低了执行时间。至此,光伏阵列的MPPT通用模型就建立完成。
2 MPPT通用模型在单相光伏并网中的应用
将所设计的光伏阵列MPPT通用仿真模型应用于单相光伏