基于ＭＡＴＬＡＢ的光伏电池阵列ＭＰＰＴ仿真研究邵卫超，束凌（华北电力大学，河北保定０７１００３）摘要：利用ＭＡＴＬＡＢ／ｓｌｍｕ¨ｎｋ仿真模块。以光伏电池阵列的数学模型为基叠．麓立了一种光伏电池阵列的仿真模型。给出了仿真模型的内部结构。及其在不同环境温度和光照强度下的输出特性仿真结果。对仿真模块进行了最大功率点跟踪仿真．给出了仿真结果。关键词：光伏电池阵列；数学模型：ＭＡＴＬＡＢ仿真：最大功率点跟踪中图分类号：ＴＭ９１４文献标识码：Ａ文章编号：１００２—０８７Ｘ（２０１２）０２—０２０９—０３ＳｔｕｄｙｏｎｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃａｒｒａｙａｎｄＭＰＰＴｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢＳＨＡＯｔＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｊ肌Ｂ删吩Ｈｅ６酊０７１００３，∞时Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｓｉｎｇＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，ａＰＶａｒｒａｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｂａｓｅｄＷｃｉ－ｃｈａｏ．Ｚ叫Ｌｉｎｇｉｔｓｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．ＴｈｅｉｎｔｅｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌＷａＳｇｉｖｅｎｏｕｔ。ａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄｒａｄｉａｔｉｏｎｓＷＯｒｅｄｉｓｐｌａｙｅｄ．ＭＰＰＴｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｓｄｏｎｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒａｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｃｄｓ：ＰＶａｒｒａｙ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ；ＭＡＴＬＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＭＰＰＴｂａｓｅｄｔｈｅｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ随着传统能源的消耗，人们对新能源的开发利用越来越重视。由于太阳能具有取之不尽、用之不竭、分布广泛、容易获取等众多优点．光伏发电受到广泛关注。但是．光伏电池阵列的输出特性受环境温度和光照强度的影响很大，需要对其进行最大功率点跟踪来提高发电效率。直接搭建光伏系统进行最大功率点跟踪实验成本较高。光伏电池阵列模型可以模拟出在不同的光照强度、环境温度以及不同组合下的光伏电池阵列的特性、负载能力与系统的性能．大大缩短光伏系统的研究周期．提高研究效率和研究结果的可信度。因此建立光伏电池阵列模型在实际工作中是非常必要的Ⅲ。本文采用ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真工具，建立了光伏电池阵列的仿真模型，并对其进行了最大功率点跟踪仿真。圈１光伏电池等效电路由于太阳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，当工作电流流过时必然会引起电池板内部的串联损耗．故引人串联电阻Ｒｏ串联电阻越大，线路损耗越大。光伏电池输出效率越低。在实际的太阳光伏电池中，一般串联电阻都比较小．大都在１０ｑｎ至几ｎ之间。另外，由于制造工艺的因素，光伏电池的边缘和金属电极在制作时可能会产生微小的裂痕、划痕．从而形成漏电．导致本来要流过负载的光生电流１光伏电池的等效电路光伏电池是一种利用半导体材料的光伏特性将光能转化为电能的器件。虽然不同规格和材料的光伏电池的输出特性会存在一些差异，但是其发电原理基本相同。输出特性也遵循一定的规律。光伏电池的等效电路模型如图１所示。当光照恒定时，由于光生电流，。不随光伏电池的工作状态而变化．因此在等效电路中可以看作是一个恒流源。光伏电池的两端接人负载后，光生电流流过负载，从而在负载的两端建立起端电压Ｕ厶为太阳电池在无光照时的饱和电流。此外．收藕日期：２０１１∞７＿复作者简介：邳卫麓【１∞７＿）．男．河北省人．硕士研究生．主要研究方向为电力电子与电力传动。被短路掉，因此引人一个并联电阻凡来等效。相对于串联电阻来说．并联电阻比较大，一般在１０００ｎ以上１２１。２光伏电池阵列的数学模型由等效电路图可得光伏电池特性的一般公式：川。“Ｈ掣¨－１掣㈩∞１２．２Ｖ０１．３６ＮＯ．２式中：Ｉ为光伏电池的输出电流；Ｊ。为Ｐ－Ｎ结电流；毛为反向饱和电流；Ｖ为输出电压；Ｔ为绝对温度；口是单位电荷．其值为ｌ，６ｘ１０一ｔｇＣ；ｋ是玻耳兹曼常数，其值为１．３８ｘ１０－Ｚ３Ｊ／Ｋ；Ａ为二极管理想常数。其值常在１～２变化。通常情况下式（１）中的（ｖ＋Ｒ∥凡项远远小于光伏电池输出电流，故该项可以忽略１３１。万方数据匾ｉ甚由于单个光伏电池产生的电压很小，实际中需要通过对许多小单位的光伏电池串、并联来得到期望的直流电压或电流。由此可得简化的光伏电池模块的输出特性方程：胁Ｐ，Ｌ１小ｐ｜雩笋㈩㈨式中：～、ｎ分别为光伏阵列模块中光伏电池并联和串联的个数。相应的光伏阵列模块中，在考虑到光照强度及温度变化的情况下，分析光伏电池工作原理可得：』。＝ｔ。１１＋ｄ（ｒ一‰）ｌ≠（３）式中：ｋ为标准测试条件下测得的光伏电池的短路电流；Ｇ为光照强度；ｄ为光伏电池的短路电流温度系数；标准测试条件是指光伏电池的绝对温度Ｔ二与光照强度Ｇ。的值为参考值，即分别为２９８Ｋ和１０００Ｗ／ｒｎ２。围３环境温度２５℃时不同光嚣差度下光伏电池模型的输出特性小Ｖ－仆ｘｐ【盎川为光伏电池的开路电压温度系数。㈩（５）■。＝圪。Ⅲ【１＋ＭＴ一‰）Ｊ式中：ｋｄ为标准测试条件下测得的光伏电池的开路电压：口３光伏电池阵列的仿真模型基于上述数学模型。在ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境下建立光伏电池阵列的仿真模型，并在其内封装Ｌ、ｖｍ、Ｌ、Ｋ、Ｒ以及凡、坞等参数。仿真时，只需根据不同规格的光伏电池阵列参数进行设定，就能进行相应的仿真。其内部结构如图２所示。围２光伏电池阵列仿真模块内部结构设置光伏电池阵列参数为：五ｃ－５Ａ；ｖ≥２２户一８０ｍＶ，ｋ；坩２ｌ；皿尸５。在环境温度为２５℃时．仿真得光照强度为１１００．ｉ０００ｖ；ａ＝００５％／ｋ８００．５００Ｗ／ｍ２时的光伏电池阵列Ｉ．ｖ、Ｐ－Ｖ曲线如图３所示。当光照强度为１０００Ｗ／ｍ２时。仿真得环境温度为０，１５２５，４０℃时的光伏电池阵列Ｉ．ｖ、Ｐ－Ｖ曲线如图４所示。输出特性从仿真结果可以看出，此仿真模型可以较好地模拟光伏电池阵列的输出特性。４光伏电池阵列模型最大功率点跟踪控制仿真光伏电池阵列在光照强度、环境温度或负载等发生变化时，输出特性也会改变。因此．为了保证光伏电池阵列工作在最大功率输出状态，需要对其进行最大功率点跟踪控制［４１。目前，最大功率点跟踪控制策略有很多种。本文采用Ｂｏｏｓｔ电路，２０１２．２万方数据Ｖ０１．３６ＮＯ．２２１０建立了以电导增量法为理论基础的最大功率点跟踪控制仿真系统。将光伏电池阵列仿真模型接人上述仿真系统，进行最大功率点跟踪控制仿真。仿真系统如图５所示。８０｝．‘‘一‘——ｔ——ｒ——ｒ—＿ｒ—＿ｌ－一卜▲上ＩＪ●７０ｊ…’·？…－’…’－ｐ…·ｐ—ｕ｝…·：…“ｔ…·’【６０ｌ…··；…ｒ厶…ｒ厶－…；＇¨ｒ口·…：…¨ｈ…．￡５０ｊ…ｒ：…一一…：ｒ…，ｋｎｒ品…·■…＿ｎ…．ｆ４０：…．．：…，ｉ…．．：…．，：．，二…，：…．．：…．．｝３０，…··？…ｒ’…．ｒ…－，！…ｒｔ－…Ｅ…”｝…··￡ｌ：：：ｆ１…．·：…ｒ，…··ｈ…，，…ｎ’ｒ…－？…”‘’…·ｒ图５光伏电池阵列模型最大功率点跟踪控制仿真系统０００１０：…．·：…ｒ．．…ｒ：…．·：…，ｉ；…－：…．．：’…．｝采用阻性负载，初始光照强度１Ｗ／ｍ２，设定阶跃信号ｋ——０＇１—』ｈ—ｒ－上——，ｔ．—＇：，——Ｌ一＋Ｌ一，ｌ在０．４ｓ时的值变为５００，这样光照强度变为５００Ｗ／ｍ２，设定仿真时间０．８Ｓ，运行仿真电路．得到图６、图７所示仿真结果。（ａｌ输入端功率【…一＿÷ｊ■ｌ……‘÷…，～：！…·÷…，‘‘＇‘‘‘‘？‘‘：‘‘‘ｒ‘’’‘ｔｂ）输出端功率圈７Ｂｏｏｓｔ电路输入输出端功率特性曲线（ａ，输入端ｌ乜压分别为１６３Ｖ和１８５ｖ，输出端的相应功率分别为７６８ｗ和４３．４：簿誊薄矿：…：…”１ｙ’一０…Ｗ。上述数据基本吻合，说明此系统能较好地完成最大功率点跟踪功能。５结论光伏电池阵列的输出特性受环境温度，光照强度等多种因素影响，为了使光伏电池阵列能输出最大功率，要时刻对其进行最大功率点跟踪控制。本文基于ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ．以光伏电池阵列的数学模型为基础建立了其仿真模型，模型的输出特性与实际相符。同时，对模型进行了最大功率点跟踪控制的仿真，结果表明仿真系统能较好地完成对最大功率点跟踪控制的模拟工作。参考文献：【１】周德佳．赵争鸣．吴理博，等基于仿真模型的太阳能光伏电池阵列特性的分析【Ｊ】清华大学学报（自然科学版），２００７，４７（７）：ｔ１０９．１１１２ｔｂ）输出端电压圈６即∞ｔ电路输入输出端电压特性曲线由光伏电池阵列模型的仿真结果可得，在光照强度１０００【２】孔娟太阳能光伏发电系统的研究［Ｄ】青岛：青岛大学，２００６［３】王越．王念春，时斌太阳能光伏电池阵列仿真模型的研究【刀电工电气，２００９（１０）：２０—２２…４茆美琴，余世杰，苏建徽带有ＭＰＰＴ功能的光伏阵列Ｍａｆｌａｂ通用仿真模型Ｕ】系统仿真学报．２００５，１７（５）：１２４８．１２５１Ｗ／ｍｚ，环境温度为２５℃时，光伏电池阵列模型的最大输出功率为７８．８Ｗ．对应输出电压为１６．４ｖ；而光照强度５００Ｗ／ｍ２，环境温度２５℃时。光伏电池模型的最大输出功率为４５．３Ｗ．对应输出电压为１８９Ｖ。最大功率点跟踪的仿真结果中，Ｂｏｏｓｔ电路输人端的相应功率分别为７８．７ｗ和４４．８Ｗ，输入端电压万方数据２１１２０１２２ＶＯＩ．∞Ｎ０２基于MATLAB的光伏电池阵列MPPT仿真研究
作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：
邵卫超， 朱凌， SHAO Wei-chao， ZHU Ling华北电力大学,河北保定,071003电源技术
Chinese Journal of Power Sources2012,36(2)
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