PDF《光伏系统最大功率点跟踪控制仿真模型》

收稿日期 :

2005 -

01 -

10 第23卷第06期计算机仿真2006年06月 文章编号 :

1006 -

9348 (2006)

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0239 -

05 光伏系统最大功率点跟踪控制仿真模型 李炜 ,朱新坚 (上海交通大学电子信息与电气工程学院 ,上海 200030) 摘要 :介绍了一种简单实用的光伏系统计算机仿真软件设计方法.

通过对太阳能电池的物理模型和电特性的分析计算 ,建立 了太阳能电池的数学模型 ,并结合 S函数的编写 ,在Matlab /Simulink环境下建立其动态仿真模型. 考虑到太阳能的波动性和 随机性对太阳电池阵列的影响 ,该模型具有最大功率点跟踪 (MPPT) 功能. 文中还给出了光伏系统仿真所使用的详细参数. 仿真结果表明 ,利用该模型不需要精确的系统内部特性和结构参数 ,就可以实时模拟任何功率、 电压组合的光伏阵列. 关键词 :太阳能 ;

光伏发电 ;

最大功率点跟踪 中图分类号 : TP331 文献标识码 : A The M ax i m um Power Po in t Track ing Con trol of a Photovolta ic Power System L IW ei, ZHU Xin - jian ( Institute of Fuel Cell, Shanghai J iaotong University, Shanghai 200030, China) ABSTRACT:Based on the simulation software, a simp le and p ractical photovoltaic energy system is designed. By analyzing the physicalmodel and electrical characteristic of solar cell, a photovoltaic system simulation model is introduced. The model is tested by using Matlab / simulink software. Considering the solar fluctuation and randomness, the model possesses theMPPT function. A lso the article p rovides detail parameters for the design of the photovoltaic energy system. Simulation results demonstrate excellent tracking performance. KEYWO RD S: Solar energy;

Photovoltaic;

MPPT

1 引言 太阳能丰富、 清洁、 安全、 方便 ,是目前广泛探索并得到 一定发展的一种可再生能源. 然而 ,由于太阳能的波动性和 随机性 ,联合发电系统输出的电能波动很大. 随着这种分布 式并网电站的容量越来越大 ,太阳辐射的波动引起的系统运 行状态的瞬态变化以及这种变化对网络内部和对电网的影 响不容忽视. 所有光伏系统都希望太阳能光伏阵在同样日照、 温度的 条件下输出尽可能多的电能 ,这也就在理论上和实践上提出 太阳能光伏阵的最大功率点跟踪 (MPPT, Maximum Power Point Tracking) 问题. MPPT的实现实质上是一个寻优过程 , 即通过控制光伏阵端电压 ,使光伏阵能在各种不同的日照和 温度环境下智能化地输出最大功率. 太阳电池阵列的开路电 压和短路电流在很大程度上受日照强度和温度的影响 ,系统 工作点也会因此飘忽不定 ,这必然导致系统效率的降低. 为此,太阳电池阵列必须实现最大功率点跟踪控制 ,以便阵列 在任何当前日照下不断获得最大功率输出. 太阳能光伏应用 的日益普及、 太阳电池的高度非线性和价格相对昂贵更加速 了人们对这一问题的研究. 近年来 ,国外已相继开发出一些模拟光伏发电系统性能 的大型工具软件包 ,例如 TRNSYS(瞬态系统仿真软件 ) . 然 而这样的工具软件包价格不匪 ,大部分光伏系统设计人员无 法使用到这样的软件工具 ;

另一方面 ,作为商业机密 ,模拟光 伏系统所使用的模型和参数也未被公开. 本文介绍一种简单实用的光伏系统计算机仿真软件设 计方法. 首先通过对太阳能电池的物理模型和电特性的分析 计算 ,建立了太阳能电池的数学模型 ,并结合 S函数的编写 , 在Matlab /Simulink环境下建立其动态仿真模型. 考虑到太阳 能的波动性和随机性对太阳电池阵列的影响 ,该模型具有最 大功率点跟踪 (MPPT) 功能. 通过对各种算法的比较 ,最大 功率点的跟踪采用干扰观测法. 模型还考虑了工作温度、 太 阳辐射强度、 太阳电池串并联数、 太阳电池模块参数对太阳 电池阵列的影响. 仿真结果表明利用该模型 ,不需要精确的 ―