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系 统 仿 真 学 报 Vol. 17 No. 5JOURNAL 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o·ê 230009 o·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 ó óú 1a·ü·￠μ μí3oí· 1a′ o·￠μ μí 3μ ˉì · 光伏阵列特性 MPPT1004-731X 2005 05-1248-04 中图分类号 AVersatile 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 modelcharacteristic of photovoltaic array; photovoltaic grid connected system; MPPT; Matlab simulation引 言 1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 [12] ′ó μí 3μ 3¤ ú èì Dü DDà é ê ￡ Dí 2ü·′ó 3μ±ì ü· é è1a·üμ DD′ì μ 2ì ± ˉò ° a± ˉ μí μ ó° ì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 [34]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 ± 3á ￡ Dí úμ à 1a·ü 2￠í μí 3· Dμ ì ó | ó êμàyóéóúí¨ó D1a·ü ± μí3或风光复合发电系统的动态仿真电流 I 功率 PVol. 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-V ó ì · é 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 M DM 2￠á aêyòò′ íê êμ ê Dèò aμ ì D任意太阳辐射强度 R m-2 Cì μ 3èTc 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Isc为短路电流refT ò ° è a1kW/m 2 C;α μ á÷± ˉ è μêy Cβ μ 1± ˉ è μêy CsR Ohms 由下式决定[4] refmrefocrefmrefscrefmrefprefsps IVVIIANNRNNR ,,,,,, /1ln -- 93cref ocref sVocrefcrefIscLrefV NTATI- -εμμ 10其中 材料带能 , 1a·ü óá D ′ó 1| êμ μ 1oíμá÷ ; Isc,ref, Voc,ref 参考条件下V,oc, 1a·ü óá Da·μ 1oí ì ·μá÷ è μê y; Ns 光伏阵列各模块的单元串联数 ; N 光伏阵列模块的串联数Tc,ref ò ° éè ¨ a25C° · 3è μ 1| ê aVDIeCIIVP ocVCDVVsc 11 21 ---11 由极值条件0/11 211 22 -----ocVCDVVscVCDVVsc VCeCVIDIeCIococ 12 上式是个超越方程2211212 212kockoc k k k kV DIC Vkscock V DIkC Vscoc ocV V P V / P V I V I C e C VVCV I e C V C V-- - - - -13当 |Vk1 1时 Vk1 上式中 1 次和第 k次迭代值 1为迭代精度 Vk分别是第 k 次迭代下P 对 V 的一阶和二阶导数 得 Imax,maxmaxmax IVP 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 Vmp和电流 ImpVol. 17 No. 5 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 Imp或对应 Vpv的实际阵列电流 Iout; Vmp为光伏阵列最大功率点的电压 ; d 为接地点Tref a Isc Im 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 t1s ì · é è·± e′ó 1000W/m2 降至 800W/m 2 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Vol. 17 No. 5 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± ù Y1a·üμ 3μ àíê y§ ￡ Día·￠á 1a·ü óá DμMatlab 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 I3yá êêó óúì ü 2￠í μí 3ò ía1a·ü ± μí3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参考文献 [1] J.G.McGowan and J.F.Manwell. Hybrid Wind/PV/Diesel Power Systems Modeling and South American Application s[C]. WREC 1996. [2] 茆美琴 苏建徽 . 风 /光复合发电系统变结构仿真建模研究 [J]. 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′ ê± μí 31ê ′ | àí′ ê ° 2è è 13óμí 3y3￡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[1] Miao, A.X, Zacharias, G.L. A computational situation assessment model for nuclear power plant operations[J]. IEEE transactions on systems, man, and cybernetics. Part A, 1997eo￡ . 基于信息融合思想的通用水电仿真系统 [J].系统仿真学报 , 2002, 1210 1344-1347.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 2005,175被引用次数 180次参考文献 5条1. J G McGowan;J.F.Manwell Hybrid Wind/PV/Diesel Power Systems Modeling and South American Applications 19962. 茆美琴 ;余世杰 ;苏建徽 风 /光复合发电系统变结构仿真建模研究 [期刊论文] -系统仿真学报 2003033. A ZAHEDIDevelopment of An Electrical Model For A PV/Battery System for Performance Prediction 1998014. Viorel Badescu Dynamic model of a Complex System Including PV Cells,Electric Battery,Electrical Motor and Water Pump2003125. Platon Baltas The Arizona University Photovoltaic Designer ProgramASUPVD 1996本文读者也读过 3条1. 王志红 光伏发电逆变系统仿真与 MPPT算法设计 [学位论文 ]20072. 崔岩 . 蔡炳煌 . 李大勇 . 胡宏勋 . 董静微 . Cui Yan . Cai Binghuang . Li Dayong . Hu Hongxun. Dong Jingwei 太阳能光伏系统 MPPT控制算法的对比研究 [期刊论文 ]- 太阳能学报 2006,2763. 吴红斌 . 陶晓峰 . 丁明 . Wu Hongbin. Tao Xiaofeng . Ding Ming 光伏并网发电系统的 MPPT-电压控制策略仿真 [期刊论文 ]- 农业工程学报2010,261引证文献 183条1. 金湘 . 陈谦 17 kW光伏并网逆变器控制技术研究 [期刊论文] -电子设计工程 201342. 姚为正 . 付永涛 . 芦开平 30kW光伏并网逆变器研究 [期刊论文] -电源技术 201223. 何海华 . 郑寿森 . 祁新梅 . 黄振威 基于模糊控制的最大功率点跟踪的仿真研究 [期刊论文] -系统仿真学报 201224. ZHANG Kai-ru. PAN An-qi. 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