基于PSIM软件的光伏电池特性的仿真建模研究.doc

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羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿蒁羅羁肈薃螇袇膇蚆薀膅膆莅螆肁膆蒈蕿羇膅蚀螄羃膄莀蚇衿膃蒂袂膈膂薄蚅肄膁蚇袁羀芀莆蚃袆芀葿衿螂艿薁蚂膀芈莁袇肆芇蒃螀羂芆薅羆袈芅蚇螈膇芄莇薁肃莄葿螇罿莃薂蕿袅莂芁螅螁莁蒄薈膀莀薆袃肆荿蚈蚆羂莈莈袁袈莈蒀蚄膆蒇薃袀肂蒆蚅蚃羈蒅莅袈袄肂薇蚁袀肁虿羆腿肀荿蝿肅聿 基于PSIM软件的光伏电池特性的仿真建模研究.txt只要你要，只要我有，你还外边转什么阿老实在我身边待着就行了。听我的就是,问那么多干嘛，我在你身边,你还走错路!跟着我!不能给你幸福是我的错，但谁让你不幸福，我TMD去砍了他 本文由MFET贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 西安理工大学学报 Jo urnal of Xi U niversity of Technology ( 2007) Vol. 23 No . 3 an 文章编号 : 100624710 ( 2007) 0320257204 257 基于 PSIM 软件的光伏电池特性的仿真建模研究 任碧莹 , 钟彦儒 , 孙向东 , 同向前 ( 西安理工大学 自动化与信息工程学院 ,陕西 西安 710048) 摘要 : 针对光伏电池研究了基于物理机制的数学模型 , 分析了串联电阻和并联电阻对光伏电池特 性的影响 。利用光伏电池特性数学表达式 ,提出了基于 PSIM 软件的仿真模型 ,给出了光照强度和 温度变化时光伏电池特性曲线 。仿真结果与实验测试数据的对比结果表明 ,仿真模型正确且可行 , 可以应用到光伏发电系统中实现动态仿真 。 关键词 : 光伏电池 ; 数学模型 ; PSIM 软件 ; 特性曲线 中图分类号 : TM615 文献标识码 : A Research on Simulation Model of PV Cell Based on PSIM Sof t ware R EN Bi2ying , ZHON G Yan2ru , SU N Xiang2do ng , TON G Xiang2qian ( Faculty of Automation and Informatio n Engineering ,Xi U niversity of Technology ,Xi 710048 ,China) an an 随着世界能源危机的加重 , 太阳能发电系统越 来越受到人们的重视 。光伏电池阵列是光伏发电系 统的关键部分 ,由于成本较高 ,在研发前期一般都采 用仿真方法来完成光伏电池各种特性的研究 。同时 在实际情况下 ,太阳光辐射强度不稳定 ,光伏电池特 性还容易受到环境温度等因素影响 , 实现光伏电池 最大功率点追踪是必要的 。因此 , 建立光伏电池数 学模型 ,有利于更加全面地探讨它的特性 ,同时也有 利于在仿真平台上实现光伏发电系统的动态仿真 。 建立数学模型的简化做法是把光伏阵列直接等效为 直流电压源 1 ,2 。但该模型不能实时跟踪太阳辐射 强度 、 环境温度变化和光伏阵列参数的变化 ,因而这 样的模型不能反映光伏电池的特性 。第二种方法是 基于光伏电池的伏安外特性法 3 ,4 , 在该模型中 , 可 对开路电压 、 短路电流以及拟合曲线系数进行修正 , 使其模型的特性与实际光伏电池在不同光照和温度 下的特性相似 。优点是模型较简单 。缺点是不能准 确反映其物理特性 ,模型参数与实际参数不对应 ,对 收稿日期 : 2007204216 作者简介 : 任碧莹 ( 19712) ,女 ,河南沁阳人 ,讲师 。E2mail : renby xaut . edu. cn 。 Abstract : In t his paper , mat h model is st udied based o n p hysics t heory of PV cell , and t he influ2 ence of series resistor Rs and parallel resistor Rsh o n PV cell characteristic is analyzed. By using PV cell characteristic mat h exp ressio n , simulatio n mo del is p ropo sed based o n PSIM , and t hen PV cell characteristic curves are p resented wit h light intensit y and temperat ure change. By t he co nt rast of t he simulatio n result s wit h experiment date result s , it is validated t hat simulatio n model is right and feasible , and t hat it can be used in PV system to realize t he dynamic simula2 tio n. Key words : PV cell ; mat h model ; PSIM soft ware ; characteristic curves 温度 、 光照等外围参数设定较困难 。第三种方法是 从物理机制角度来建立光伏电池数学模型 5 。本文 针对物理机制的光伏电池数学方程 , 利用 PSIM 软 件建立了相应仿真模型 ,该模型能够描述其特性 ,并 且能够模拟外界环境变化 , 为光伏发电系统的研发 提供良好的仿真平台 。 1 光伏电池特性数学表达 单结晶硅光伏电池的电路原理如图 1 所示 。一 般光伏电池阵列是由若干个电池单体串联和并联组 成 ,封装后可作为光伏发电系统的电源 。光伏电池 单元电路特性方程如下 6 ,7 。 图1 单个光伏电池单元等效电路 Fig. 1 Single2PV cell unit equivalent circuit 258 西安理工大学学报 ( 2007) 第 23 卷第 3 期 由太阳能光伏电池等效电路可得出 : Iarray = I sc - Id - I sh ( 1) 其中 Iarray 是光伏电池输出电流 , I sc 是短路电流 , Id 是流过二极管的电流 , I sh 是太阳能光伏电池的漏 电流 。 理想二极管的太阳能电池的 I2V 特性如式 2 所示 : Id = Ido exp q ( V array + R s Iarray ) nA k T c V array + R s Iarray R sh - 1 ( 2) ( 3) I sh = Iarray = I sc - Ido exp q ( V array + R s Iarray ) nA k T c - 式中 Tc 是电池内部绝对温度 , V array 是光伏电池输 出电压 , Ido 是二极管饱和电流 , R sh 是内部并联电 阻 , R s 是内部串联电阻 , q 是电子电荷 , 为 1 . 602 10 - 19 C , A 是二极管系数 , 通常为 1 . 0 3 . 0 , k 是波 图2 并联电阻 R sh 对最大功率的影响 Fig. 2 Parallel resistant effect o n t he MPP T 尔兹曼常数 , k = 1 . 38058 - 23 J , n 是多个电池串 10 联系数 。 综合式 ( 1) ( 3) 可得式 ( 4) : 1 - V array + R s Iarray R sh ( 4) ( 5) ( 6) 式中 I sco 是标准日照 、 标准温度时的短路电流 , 温度 系数 ht = 6 . 4 - 4 ( K - 1 ) , Tco 是基准绝对温度 , 常 10 数 a = 1 . 336 4 , 常数 b = 235 , 是光照强度 , 10 o 是标准光照强度 。 上述方程描述了光伏电池的 I2V 特性 , 式中参 数来源于电池材料的物理特性 。从式 ( 5 ) 可以看出 短路电流与光照强度成正比 , 同时也受到温度变化 的影响 。从式 ( 6) 可以看出二极管饱和电流主要受 温度的影响 , 与温度成非线性关系 。从式 ( 4 ) 可见 , 光伏电池输出电流与输出电压之间呈非线性关系 , 同时与光照强度 、 温度有很大关系 。由于不同厂家 生产的光伏电池参数略有不同 , 同时当内部串联电 阻 R s 和并联电阻 R sh 发生变化时 , 对电池特性也存 在一定影响 , 因此利用 Matlab 分析 R s 和 R sh 对光伏 电池输出特性的影响 。 图 2 是标准条件下 ( T = 25 , = 1000 lx ) , V oc = 21 . 6 V , I sc = 2 . 5 A , R s = 0 . 2 , R sh 从 200 变化 到无穷大的功率2电压曲线 。图 3 是 R sh = 2 k , R s 从 0 . 0 变化到 2 . 0 的功率 2电压曲线 。 可以看出当电阻 R sh 越小时 , 最大功率点越小 , I sc = I sco 1 + ht ( Tc - Tco ) Ido = bT c exp 3 - a Tc 1 k 时 , R sh 的变化对最大功率点的影响很 小 。当电阻 R s 越大时 , 同样会导致最大功率点越 小 。当 R s 1 k 以及 R s 0 . 1 时 , 式 ( 4) 可以简化为式 ( 7) 。 Iarray = I sc - Ido exp qV array nA k T c - 1 ( 7) 可以看出 , 式 ( 7) 是一个超越指数方程 , 无法用线性 方程表示 。而太阳能电池阵列的 I2V 特性是光伏系 照强度 和环境温度 T 。 统分析最重要的技术数据之一 , 所以建立合理而且 准确的物理模型是非常关键的 。式 ( 4 7 ) 中 , k 、 、 A 有 V oc 、 s 、 sh 和 I sco , 与外界环境相关的参数有光 n R R a 、 、t 、 co 均为常数 , 电池组件厂家提供的参数 b h T o 2 基于 PSIM 软件的光伏电池仿真模型 PSIM 是针对电力电子电路以及电力拖动而设 任碧莹等 : 基于 PSIM 软件的光伏电池特性的仿真建模研究 259 计的软件 。其中的器件基本都采用理想模型 , 计算 速度非常快 。虽然不能直接分析复杂的电力电子开 关过程 , 但是用户可建立自己的器件模型 , 给建模带 ( 来了很大的灵活性 。由式 ( 4 ) 、5 ) 和 ( 6 ) , 利用压控 流源等元件 , 在 PSIM 的仿真环境下建立的光伏电 池的仿真模型如图 4 所示 。A 点对应公式 ( 5 ) 得出 I sc , B 点对应由公式 ( 6 ) 得出的 Ido 的仿真电路 。 C 点对应公式 ( 4) 中的第二部分内容得出 Id 的仿真电 路 。通过电压传感器 V sensor 得出端电压 。图 4 中 , To 为绝对零度 273 K ; T 为外界温度 , 单位为 。 图4 基于物理机制的光伏阵列 PSIM 软件仿真模型 Fig. 4 PSIM simulation model of t he PV cell based on t he p hysic mechanism 5 是将仿真模型进行封装 , 建立的通用仿真 图 模型 。该模型内部封装了环境参数 和 T 、 电池组 件厂家提供的参数 V oc 、sco 、 sh 、 s , 用户使用该模 I R R 型 , 只需修改相关的参数即可 。 图5 电池组件仿真模型封装 Fig. 5 Package of t he PV cell simulatio n model 可以模拟外界条件变化对光伏电池特性的影响 。另 外此模型因为基于光伏阵列