带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型

系统仿真学报 Vol. 17 No. 5
JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION May 2005• 1248 •
带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型
茆美琴苏建徽
ºÏ·Ê230009ºÏ·Ê 230009
基于光伏模块直流物理模型开发了光伏阵列通用仿真模型
可以模拟任意太阳辐射强度光伏模块参数
此外MPPT¿ÉÒ
ÔÓÃÓÚ¹â·ü·¢µçϵͳ
ºÍ·ç¹â¸´ºÏ·¢µçϵͳµÄ¶¯Ì¬·ÂÕæ
光伏阵列特性MPPT
1004-731X (2005) 05-1248-04中图分类号A
V ersatile Matlab Simulation Model for Photovoltaic Array
with MPPT Function
MAO Mei-qin, YU Shi-jie, SU Jian-hui
(1Institute of Energy Research, HeFei University of Technology, Hefei 230009, China;
2 Research Center for Photovoltaic System Engineering, Ministry of Education, Hefei 230009, China)
Abstract: A Versatile simulation model for photovoltaic array is developed based on the DC physical model of photovoltaic module under Matlab environment. By the model
characteristic of photovoltaic array; photovoltaic grid connected system; MPPT; Matlab simulation
引言
太阳能是当今发展速度居第二位的能源
更
是以30%以上的速度增长太阳能光伏发电的发展趋势
是由小型独立户用系统向大型并网系统发展
光伏电站输出的电能波动很大
其输出功率的波动对电网的
影响不容忽视
已成为国际上大规模光伏并网电站应用领域的研究热
点
过去大多是按照准稳态理论来
对系统各部件建模[1~2]´Ó¶ø¶Ôϵ
ͳµÄ³¤ÆÚÎÈ̬ÐÔÄܽøÐÐÆÀ¼Û
ÉÏÊöÄ£ÐͲ»ÄÜ·´Ó³µ±Ì«ÑôÄÜ·øÉäÇ¿¶È
¹â·üµçÕ¾ÔËÐÐ״̬µÄ˲̬±ä»¯ÒÔ¼°ÕâÖֱ仯¶Ôµç
ÍøµÄÓ°Ïì
光伏阵列是分布式光伏并网电站系统的关键部件
环境温度和光伏模块参数的非线
收稿日期2005-01-25
基金项目:国家十五攻关课题
茆美琴(1961-), 女, 安徽芜湖人, 副研究员, 博士生, 研究方
向为太阳能及风能发电系统CAD; 余世杰(1934-), 男, 江苏常熟人, 教
授, 博导, 研究方向为光伏技术理论; 苏建徽(1964-), 男, 安徽合肥人,
教授,研究方向为电力电子与电力传动在新能源发电系统中的应用
要实现光伏发电系统的动态仿真
该模型一旦建立
简化的做法是把光伏阵
列直接等效为直流电压源
环境温度变化和光伏阵列参数的变化
目
前国内还未见公开发表的文献
但所建模型主要针对特定的光
伏模块[3~4]
Matlab/simulink 仿真工具可用于复杂系统或
离散的或混合型的由于其强大的功能和方便
而日益受到人们的重视
基于光伏模块直流物理模型
该模型考虑了环境温度
光伏阵列串并连数如标准条件下太阳电池
的短路电流最大功率点电压
电压温度系数对I-
V特性的影响
MPPT±¾Îĸø³ö
Á˸ÃÄ£ÐÍÔÚµ¥Ïà¹â·ü²¢Íøϵͳ·ÂÕæÖеľßÌåÓ¦ÓÃʵÀý
ÓÉÓÚͨÓÃÐÔÇ¿
¹â·üË®±Ãϵͳ)或风光复合发电系统的动态仿真
电流
I功率P
Vol. 17 No. 5
May 2005 茆美琴, 等
图2所示P – V随太阳辐射
变化而变化的规律
由图可以看出太阳电池I-VÓëÌ«Ñô·øÉäÇ¿¶È
图1 典型光伏电池I-V, P-V特性随太阳辐射强度变化曲线图2 典型光伏电池P-V特性随温度变化曲线2 光伏阵列通用仿真模型
在实际应用中组合
成
MÆäÖÐM ²¢ÁªÊý
Òò´Ë¾ÍÊÇʵ¼ÊÐèÒªµÄÌØÐÔ
任意太阳辐射强度R m-2
C
Ì«Ñôµç³ØζÈT
c
为
R为光伏阵列倾斜面上的总太阳辐射degw--1
为太阳电池模块的温度系数
I sc为短路电流
ref
TÒ»°ãȡΪ
1kW/m2C;
αµçÁ÷±ä»¯Î¶È
ϵÊý
C
β
µçѹ±ä»¯Î¶ÈϵÊý
C
s
R
Ohms由下式决定[4]
ref
m
ref
oc
ref
m
ref
sc
ref
m
ref
p
ref
s
p
s
I
V
V
I
I
A
N
N
R
N
N
R,
,
,
,
,
,
/)
)
1
ln(
(+
−
−
=
= (9)
3
cref ocref s
Voc
ref
cref
Isc
Lref
V N
T
A
T
I
−+
=
−
ε
µ
µ (10)
其中:材料带能,
¹â·üÕóÁÐ×î´ó¹¦ÂʵãµçѹºÍµç
Á÷;
I sc,ref, V oc,ref:参考条件下
V,oc
, ¹â·üÕóÁпªÂ·µçѹºÍ¶Ì·µç
Á÷ζÈϵÊý;
N s:光伏阵列各模块的单元串联数;
N: 光伏阵列模块的串联数
T c,refÒ»°ãÉ趨Ϊ25 C
¼°»·¾³Î¶ÈÏµĹ¦ÂÊΪ
V
DI
e
C
I
IV
P oc V
C
DV
V
sc
)
))
1
(
1(
(2
1
+
−
−
=
=
−
(11)
由极值条件
)
/(
))1
(
1(2
1
1
2
2=
−
+
−
−
−
−
oc
V
C
DV
V
sc
V
C
DV
V
sc
V
C
e
C
VI
DI
e
C
I oc
oc (12)
上式是个超越方程
2
2
1
1
2
1
22
1
2
k
oc
k
oc
'''
k k k k
V DI
C V
k
sc
oc
k V DI
k
C V
sc
oc oc
V V P(V)/P(V)
I V(I C e)
C V
V
C
V
()(I e)
C V C V
+
−
−
=−
+−
=−
+−
(13)
当|V k+11时V k+1
上式中1次和第k次迭代
值1为迭代精度(V k)分别是第k次迭代下
P对V的一阶和二阶导数得I max,
max
max
max
I
V
P⋅
=
3 光伏阵列Matlab通用仿真模型
基于上述数学模型利用simulink
工具, 并结合编写S函数
图3为光伏阵列Matlab仿真模块内部结构sfunpv
为S函数环境温度下太
阳电池的最大功率电电压V mp和电流I mp
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系统仿真学报 May 2005 • 1250 •
块外观Ｒ
太阳辐
射强度和光伏阵列的工作电
压
根据系统是否带有
MPPT输出电流可以是I mp
或对应V pv的实际阵列电流I out; V mp为光伏阵列最
大功率点的电压; d为接地点
T ref a I sc I m MPPT等参数
得图5所示用户
交互界面从而构成不同I-V
特性的光伏阵列
图5 光伏阵列Matlab仿真模型用户设置参数界面图6 单相光伏并网Matlab仿真模型
4 光伏阵列Matlab通用仿真模型在光伏并
网系统中的应用
把上述光伏阵列Matlab通用仿真模型
该系统的Matlab模型如图6所示系统输入电源为本文所建立的光伏阵列模块
ＡＣ逆变模块为Matlab自带的通用逆变桥
其中
在t=1sÌ«Ñô·øÉäÇ¿¶È·Ö±ð´Ó1000W/m2降至800W/m2和600W/m2
图8为逆变器
图7 光伏阵列输出电流随太阳辐射强度的变化输入端的电压随太阳辐射强度的变化情况
因此
图9为逆变器并网电压
从图中可以看出并网电压基0波幅值不变
图8
逆变器输入端的电压随太阳辐射强度的变化
图9 逆变器并网电压
图4 光伏阵列
Matlab仿真模型封装
图3 太阳
阵列
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May 2005 茆美琴, 等
Ｖ特性除了与光伏电池模块参数及模块串并联方式有关以外太阳辐射强度有关
实时模拟其I
±¾Îĸù¾Ý¹â·üµç³ØµÄÎïÀíÊýѧģÐÍ
¿ª·¢Á˹â·üÕóÁеÄMatlab通用仿真模型
利用上述模型可以动态跟踪环境温度
对任意组合的光伏阵列的I
³ýÁËÊÊÓÃÓÚÌ«ÑôÄܲ¢ÍøϵͳÒÔÍâ
¹â·üË®±Ãϵͳ)或风光复
合发电系统的动态仿真
有关最大功率点的跟踪
因而仿真时间花费较
长
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系统仿真学报
融合后系统状态不确定性的基本概率赋值下降到0.0006
´Ëʱϵ
ͳ¹ÊÕÏ
´¦Àí´ëÊ©¼°²½ÖèÈç¹ûij¸ö×Ó
ϵͳÕý³£
4.3 评估结果的评价
每种方法测试200个相同的样本由
于模糊综合评判方法的隶属度为领域专家主观确定
为此
本文方法的基本概率分配函数值为神经网络与领域
专家共同确定提高了评估的准确率
经过神经网络
使态势评估系统能够较好地模拟
人类专家的逻辑思维和形象思维能力
避免或减少了漏诊及错诊
提高了评估的准确率和解释能力较好地实现了复杂系统的模
型共享及模型重用信息融合系统的工程化提供了重要的提示
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½ðÖ¥
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带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型
作者：茆美琴， 余世杰， 苏建徽， MAO Mei-qin， YU Shi-jie， SU Jian-hui
作者单位：合肥工业大学能源研究所,合肥,230009;教育部光伏系统工程研究中心,合肥,230009
刊名：
系统仿真学报
英文刊名：JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION
年，卷(期)：2005,17(5)
被引用次数：59次
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本文链接：/Periodical_xtfzxb200505058.aspx。