30KW光伏并网发电系统研究(8)

第五章 整个光伏并网发电系统的仿真部分

5.1 光伏电池的MATLAB仿真和分析

一、光伏电池的MATLAB仿真

本文基于MATLAB/SIMULINK进行太阳能光伏电池的仿真及分析。MATLAB是一种高性能的数值计算和图形显示的科学和工程运算软件。在工业领域中，MATLAB已被用来研究和解决实际的工程和数学问题，如自动控制理论、数字信号处理、电力系统仿真等。基于MATLAB平台的Simulink是动态系统仿真领域中最好的仿真集成环境之一，为复杂系统提供了简单、快捷、方便的建模仿真环境，它在各个领域得到广泛的应用。Simulink仿真工具可以实现建模与仿真、数据分析和曲线拟合、科学和工程绘图等功能，帮助用户迅速构建自己的动态系统模型，并在此基础上进行仿真分析；通过仿真结果修正系统设计，从而快速完成系统的设计。

首先，根据光伏电池的等效原理电路图(2.1)在MATLAB/SIMULINK仿真系统软件中建立光伏电池的仿真模型，如图(2.3)所示。

图5.1 光伏电池的仿真模型图

20

如图5.1所示，光伏电池的仿真模型图中各个模块的设置如下：

当光照强度恒定时，光生电流Iph不随光伏电池的工作状态而变化，因此可用一个恒定的电流源来进行模拟，电源系统工具模块库中没有直流电流源模块，可对交流电流源模块(AC Current Source)进行适当设置（将相角phase设置为90deg，频率frequency设置为0Hz）即可作为直流电流模块。

电压检测模块Voltgae输出值为负载R的电压V； 电压检测模块Voltgae1输出值为V+IRs； 建立一个Fun函数模块来表示公式(5.1)：

Id??q?V?IRs??????I0?exp??1??AKT??????（5.1）

其中，Id为通过P-N结的总扩散电流。Fun函数的输入值u=V+I*Rs，其中I0、A、K、T(=300K)、q为已知条件，模块Controlled Current Source为受控电流源，在此要特别注意信号发生器的参考方向，经过受控电流源模块后可得流过P-N结的总扩散电流Id；Display、Display1、Display2数值显示模块分别显示光伏电池的输出电流、输出电压、输出功率值。

二、光伏电池的MATLAB仿真分析 1、串联电阻Rs对光伏电池输出特性的影响

由于太阳能光伏电池板前后表面的电极以及材料本身所带有的电阻率，当工作电流流过板子时必然会引起电池板内部的串联损耗，故引入串联电阻凡.理论上，串联电阻越大，线路损失就越大，光伏电池的输出功率就会降低，从而导致输出效率的降低；反之，光伏电池的输出功率将增加，输出效率会增大。

仿真参数设为Iph=10A、I0=0.0008A、T=300K、A=2.8、Rsh=10KΩ。选取一组不同的负载R值进行仿真，得到一组最大输出电流、最大输出电压、最大输出功率值，利用

21

MATALB曲线拟合工具仿真出光伏电池的输出特性曲线及输出功率曲线。

根据已知各个仿真参数和流过P-N结的总扩散电流公式得出Fun函数表达式为：

Id?0.0008???exp?13.80?u??1?? （5.2）

表5.1串联电阻Rs对光伏电池输出特性的影响

Rs(Ω) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Im(A) 8.816 3.126 1.636 1.107 0.826 0.665 Um(V) 0.529 0.344 0.343 0.343 0.347 0.346 Pm(W) 4.664 1.075 0.562 0.380 0.287 0.230 Rm(Ω) 0.06 0.11 0.21 0.31 0.42 0.52 通过改变串联电阻Rs的值，得出表2.1串联电阻Rs对光伏电池输出特性的影响数据（以下最大功率点功率Pm是通过选取一组不同的负载R比较得出的其中的最大值，对应负载为Rm）。

从表5.1中可以看出，通过采取一组不同的负载值R获得最大功率点的功率并对不同串联电阻Rs下的最大输出电流Im、最大输出电压Um、最大输出功率Pm进行比较，可以发现以下结果：光伏电池的输出特性呈非线性，每条曲线都有一个最大功率点(即光伏电池的最佳工作点)，并且受Rs的影响。Rs值越小，开路电压越大，光伏电池的最大输出功率值越大，光伏电池的输出特性曲线中平缓线段越长，弯度越大；随着Rs的增大，平缓线段缩短，弯度减小，开路电压与最大输出功率也随之减小。 2、日照强度对光伏电池的影响

日照强度的大小直接影响太阳能光伏电池输出电能的多少。日照强度越强，光伏电池的输出功率就越大；反之，输出功率就越小。由于光生电流Iph受日照强度影响比较大，而且与日照强度成正比例关系，因此，我们可以通过改变Ip值来等效地模拟不同日照强

22

度下光伏电池的输出特性曲线及输出功率曲线。

仿真参数设为Rs=0.01Ω、I0=0.0008A、T=300K、A=2.8、Rsh=10KΩ。对光伏电流Iph赋予不同的数值进行仿真，得到一组输出电流、电压、功率值，利用MATLAB曲线拟合工具仿真出光伏电池的输出特性曲线及输出功率曲线。

表5.2日照强度对光伏电池输出特性的影响

Iph(A) 6 10 16 20 Im(A) 5.095 8.060 12.250 15.600 Um(V) 0.459 0.484 0.490 0.468 Pm(W) 2.337 3.903 6.003 7.303 Rm(Ω) 0.09 0.06 0.04 0.03 通过改变光伏电流Iph的值，得出表5.2日照强度对光伏电池输出特性的影响数据（以下最大功率点功率Pm是通过选取一组不同的负载R比较得出的其中的最大值，对应负载为Rm）。

从表5.2中可以看出，通过采取一组不同的负载值R获得最大功率点的功率并对不同光伏电流Iph下的最大输出电流Im、最大输出电压Um、最大输出功率Pm进行比较，可以发现以下结果：光伏电池的输出特性呈非线性，每条曲线都有一个最大功率点(即光伏电池的最佳工作点)。随着日照强度的增强，光伏电池的最大输出功率也不断增大，日照强度越大，光伏电池的输出电能就越大。

5.2 最大功率点跟踪控制的仿真

本文采用扰动观察法来实现最大功率点跟踪的仿真，其原理是每隔一定的时间增加或者减少电压，并观测其后的功率变化方向，来决定下一步的控制信号。

通过Matlab/simulink建立最大功率点跟踪的仿真模型为图5.2所示。

23

图5.2最大功率跟踪控制的仿真图

24

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说教育文库30KW光伏并网发电系统研究(8)在线全文阅读。