PVandMPPT光伏模型說明

1、模型說明光伏電池模型1、光伏組件等效電路光伏電池的等效電路對于研究光伏電池的外特性、建立光伏電池的仿真模型具有重要意義。根據(jù)相關(guān)文檔得到光伏電池單元的等效電路拓?fù)洌簣D1 光伏電池等效電路圖中等效電路中忽略了并聯(lián)電阻支路，由基爾霍夫電流定律得到光伏電池輸出電流I為：式中V、I為光電池輸出端電壓、電流，IL為光電池短路電流，Id為二極管電流，I0為二極管飽和電流，q為庫侖常數(shù)（q=1.610-19C），Rs為光電池等效串聯(lián)電阻，n為結(jié)常數(shù)，k為波爾茲曼常數(shù)（k=1.3810-23J/K），T為光電池溫度。在參考條件下，根據(jù)光伏組件特性，設(shè)光伏電池組件中Isc為短路電流，Voc為開路電壓，Im和Vm

2、分別為最大功率點(diǎn)對應(yīng)的峰值電流和電壓，則當(dāng)光伏陣列的電壓為V時(shí)，其對應(yīng)的輸出電流I為：其中C1和C2如下：考慮太陽輻射變化和溫度影響時(shí)，通過在前述式子中引入電流修正量dI及電壓修正量dU，可得根據(jù)實(shí)際環(huán)境變化的光伏電池組件電壓電流關(guān)系：其中修正量為，上式中Sref和Tref分別為光電池組件的光照強(qiáng)度參考值和溫度參考值，a（A/）為參考照度下電流變化溫度系數(shù)，b（V/）為參考照度下電壓變化溫度系數(shù)，Rs為光伏組件的串聯(lián)電阻。由下式可得Rs為： 其中=1.12eV（硅）為材料帶能，Imref和Vmref分別為參考條件下光伏組件最大功率點(diǎn)電壓和電流，Iscref和Vocref分別為參考條件下光伏組件

3、的短路電流和開路電壓，Voc和Isc分別為參考條件下光伏組件的開路電壓和短路電流溫度系數(shù)。在Matlab/Simulink建立光伏陣列的模塊結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖2 光伏電池模型參數(shù)設(shè)置圖3 光伏電池模型2、光伏組件特性分析組件特性主要是指V-I特性曲線和P-V曲線。 V-I特性曲線顯示了通過太陽能電池組件傳送的電流Im與電壓Vm在特定的太陽輻照度下的關(guān)系，P-V曲線表征光伏組件出口電壓與輸出功率之間的關(guān)系。當(dāng)太陽能電池組件電路短路即V0，此時(shí)的電流稱為短路電流Isc；如果電路開路即I0，此時(shí)的電壓稱為開路電壓Voc。太陽能電池的內(nèi)阻呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性。在組件的輸出功率達(dá)到最大點(diǎn)，稱為最大功率點(diǎn)；

4、該點(diǎn)所對應(yīng)的電壓，稱為最大功率點(diǎn)電壓Vm（又稱為最大工作電壓）；該點(diǎn)所對應(yīng)的電流，稱為最大功率點(diǎn)電流Im（又稱為最大工作電流）；該點(diǎn)的功率，稱為最大功率Pm。在一定條件下：現(xiàn)取 Im=13.88A，Vm=288V，Voc=354V，Isc=14.88A，Sref=1000W/m2，Tref=25，a=0.0025A/，b=0.0028V/，Rs=0.5，可得此時(shí)光伏陣列的V-I曲線如下圖所示：圖4 光伏電V-I曲線圖5 光伏電池P-V曲線光伏電池最大功率點(diǎn)跟蹤控制1、最大功率控制方法選擇太陽能電池組件的性能可以用 U-I曲線來表示。電池組件的瞬時(shí)輸出功率（U*I）就在這條U-I曲線上移動。電池

5、組件的輸出要受到外電路的影響。最大功率跟蹤技術(shù)就是利用電力電子器件配合適當(dāng)?shù)能浖闺姵亟M件始終輸出最大功率。目前傳統(tǒng)的MPPT控制算法有多種，應(yīng)用比較普遍的有恒定電壓法、電導(dǎo)增量法、擾動觀察法等。 其中擾動觀察法具有能夠模塊化控制回路，跟蹤方法簡單易實(shí)現(xiàn)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在MPPT控制中被廣泛采用，因此模型最大功率控制采用擾動觀察法。2、最大功率控制原理擾動觀察法是通過不斷調(diào)節(jié)光伏器件MPPT的電路的工作狀態(tài)來比較電路調(diào)整前后光伏器件輸出功率和輸出電壓的變化情況，再根據(jù)變化情況來調(diào)整MPPT電路的工作，使光伏器件工作在最大功率點(diǎn)附近。光伏發(fā)電系統(tǒng)控制器在每個(gè)控制周期用較小的、一定的步長改變

6、光伏陣列的輸出，步長方向可以改變，控制對象可以是光伏陣列輸出電壓或電流，這一過程稱為干擾。然后，比較干擾周期前后光伏陣列的輸出功率P，若P 0，說明參考電壓調(diào)整的方向正確，可以繼續(xù)按原來的方向進(jìn)行干擾；若P 0，則說明參考電壓調(diào)整的方向錯(cuò)誤，需要改變干擾的方向。當(dāng)給定的參考電壓增大時(shí)，若P也增大，則工作點(diǎn)位于如圖3中的最大功率點(diǎn)M點(diǎn)左側(cè)，需繼續(xù)增大參考電壓；若P減小，則T作點(diǎn)位于M點(diǎn)右側(cè)，需要減小參考電壓。當(dāng)給定的參考電壓減小時(shí)，若P也減小，則工作點(diǎn)位于M點(diǎn)左側(cè)，需增大參考電壓；若P增大，則工作點(diǎn)位于M點(diǎn)右側(cè)，需繼續(xù)減小參考電壓。這樣，光伏陣列的實(shí)際工作點(diǎn)就能逐漸接近最大功率點(diǎn)，最終在其附近的

7、一個(gè)較小范圍內(nèi)往復(fù)達(dá)到穩(wěn)態(tài)。本文在傳統(tǒng)擾動觀察法的基礎(chǔ)上采用變步長擾動觀察法，具體原理：詳細(xì)見附件：一種應(yīng)用于光伏系統(tǒng)MPPT的變步長擾動觀察法圖6擾動觀察法控制框圖變步長擾動觀察法實(shí)現(xiàn)如下： 本模型既可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)定步長擾動觀察法，也可以實(shí)現(xiàn)變步長擾動觀察法，可以通過如圖中的操作進(jìn)行選擇，方便兩種方法的對比，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：3、Boost電路Boost變換器可以始終工作在輸入電流連續(xù)的狀態(tài)下，只要輸入電感足夠大，電感上的紋波電流小到接近平滑的直流電流，因此只需加入通量較小的無感電容甚至不加電容，避免了加電容帶來的弊端。Boost電路簡單， 功率開關(guān)器件的驅(qū)動設(shè)計(jì)方便，因此模型選用Boost電路。電路仿真圖如下：圖8 Boost電