基于MATLABSimulink的光伏电池建模与仿真.doc

本文由neverweeps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。 维普资讯 第 2 卷 第 4期 1 2 06年 1 0 2月 青岛大 学学报 ( 程技术版 ) 工 J R L O I GD O U V R I Y ( OU NA F Q N A NI E S T E&T) Vo . 1No 4 12 . De .2 0 0 6 c 文 章 编 号 :0 69 9 ( 0 6 0 10 7 8 2 0 ) 40 7 0 04 4 基于 MA L B/ i l k的光伏 电池建模与仿真 TA S i mu n 吴海涛 ,孔 娟 ,夏东伟 ( - k岛大学 自动化工程学院,山东 青 岛 26 7 ) 60 1 摘要 : MATL / i l k仿 真环 境下 , 于 光伏 电池 的 j 解 数 学 函数 关 系式 , 在 AB Smui n 基 建 立了光伏电池的仿真模型 , 并对不同的串联电阻和 日照强度 变化条件下光伏 电池 的输 出 特性进 行 了仿 真 .仿真 结果 验证 了光 伏 电池 的 输 出特 性 呈 非 线 性 , 随 串联 电阻 和 日照 并 强度 的变 化 而变化 . 关键 词 : 伏 电池 ; 光 MAT AB仿 真 ; 出特 性 ; 出功率 L 输 输 中图分 类号 : 3 1 9 TP 9 . 文 献标 识码 : A 随着世 界经 济 的迅速 发展 , 源 问题 日益突 出 , 能 主要 体 现在 : 源 短 缺 , 境 污染 , 室效 应 .太 阳 能 能 环 温 1 作为一种新兴的绿色能源 , 越来越受到人们的重视.光伏 电池是太阳能光伏发电系统 中的核心部分, 因此 , 光伏 电池 成为太 阳能光 伏 发 电 系 统研 究 的重 要 环 节 .MATL / i l k仿 真 工 具 为 复 杂 系 统 提供 了 简 AB Smui n 单, 快捷 , 方便的建模仿真环境, 以实现建模与仿真, 可 数据分析和曲线拟合 , 科学和工程绘图等功能 , 其中的 电源系统工具库 (o e S s m Boke) P w r yt l st可直接为电力系统提供模块化仿真 .本文针对 MA L B仿真 e e 2 TA 环境 , 于光伏 电池 的 卜一 函数关 系式 , 接利用 Smuik软 件包 , 基 直 i l n 编写 S函数建 立 了光 伏 电 池 的仿 真 模 型 , 过调 节 串联 电阻 和光 生 电流 , 便且 准确 地模 拟 了光 伏 电池 的工作 情 况 . 通 方 光伏 电池 的仿 真 模 型 光伏电池本身是一个 P N结 , 基本特性与二极管类似 , 其等效 电路 由光生电流源及一系列 电阻( 内部并联电阻 Rh 串联 电阻 R ) . 和 .组成啪 , 曲 见图 1 示 . 所 ) 一一 一 扑 l 一 由太 阳能光伏 电池 等效 电路 可得 出公式 I I 曲一 I Ih d . () 1 田 1 光伏 电池等效 电路田 式 中 , 为光 伏 电池 的输 出 电流 , Ih 光 生 电流 , I 流 过二 极 管 的 电 流 , 为 流 过 内部 并联 电 阻 I Ap为 Ad为 A; Rh .的电流 , A.对 于 I 有 a LLxq+ ,一) = LAI) 1 = e ( Tq ; p v Rj K 因子 . 当温度 T 0 =30K时, 取值 2 8q . ; 是电子电荷 , 16 0 C 为 . 1 . .对式() 1 中的 I 有 . h Ih im ( 2 ) 式中,. I 为二极管反向饱和电流( 一般而言 , 其数量级 为 l A, O 本文取 I一8 0 A) 为输出电压 , . 1 r; V; 是 玻耳 兹曼 常数 , 13 1 . / R 为 电阻 R K 为 .8 0 JKI . ,的电阻 , 丁是 绝 对温 度 , A 是 PN结 的理想 n; K; () 3 式 中 , 电阻 R R. 为 的 电阻 ,l l.将 式 () ( ) 2 ,3 代入式 ()可 得 光伏 电池 输 出 电流表 达式 为 1, II e =b p p x - 收 横 日期 :20 0 51 z一0 l 回 日期 :2 0 0 1 9修 0 6 3 5 一 五 作者筒介 :吴海涛( 9 2 )男 . 1 8 一 . 江西人 . 硕士研究生 . 研究方 向为电力 电子技术 在电力系统中的应用.E- i: to r 6 . o ma whp we1 3c r l n 维普资讯 第4 期 吴海涛, 基于 MAT A / i l k的光伏 电池建模与仿真 等: L B Smu n i 7 5 C noe c otld 岫龃t or rl Su e受控电流源 c 示波器 2 圈 2 光 伏 电 池 的 MA L B仿 真 模 型 TA 根据光 伏电池的等效 电路 图, 利用 Mal /i t hs a mu l k仿 真 中 的电 源 系统 工 具 库 ( o rS se Bok i n P we ytm lc s e) t建立 光 伏 电池 的 仿 真模 型 , 图 2所示 . 当光 照 强 如 度恒 定 时 , 生 电流 , 不 随 光 伏 电 池 的工 作 状 态 而 变 光 h 化, 因此 可 以 用一 个 恒 定 的 电 流 源 来 模 拟 . 电源 系 统 . u d 啊 c 惝 工具模块库 中没有直流 电流源模 块 , 可对 交 流电流源 模 块 进 行 适 当 设 置 , 图 3所 示 . 电 压 检 测 模 块 1 如 ( otg aue n1输 出值为 负载 R的电压 ; V l eMesrmet) a 电压 检测 模 块 2( l g aue n2 输 出 值 为 + Vot eMesrmet) a 侬. .建立一个 s函数模块来表示公式()其表达式为 2, r / , 1 , ) Ie ( 1 ( =o x 一 p-A - I -) 1 T 圈 3 交流 电源模块的设 置 输入 值 雄 一V+ 豫 .I, K, 一3 0K) q已知 , ,.A, T( 0 , 因此 经 过此 模 块后 可得 流 过 二 极管 的 电流 I.信 号 发 生 器 Sg a 为受控电流源 , inl 在此要特别注意信号发生器的参考方向 ; i l l23 D s a , 模块分别显示光伏 电池 的输 py 出 电流 , 出 电压 , 出功率 值 . 输 输 2 串联 电阻 R 对 光伏 电池 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 R .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 , 而 导致 输 出效 率 的降低 从 反之 , 光伏 电池 的输 出功 率将 增加 , 出效率 会 增 大 . 输 仿真参数设为 ;1 :0 008 T = 0 R 一1 n.选取一组不同的负载 R值进行仿真 , 0A, .0 , =30K, 出 0k = 得 到一组输 出电流, 电压 , 功率值 , 利用 MA L B曲线拟合工具仿真 出如图 4 T A 所示 的光伏 电池 的输 出特性 曲 线及 输 出功 率 曲线 . 仿真结果表明, 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 R 的影 响.R 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 R 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 .当 R =0Q 时 , 伏 电池 输 出 最 大 功 率 为 4 52W R.= . 时 , 伏 电 池 输 出最 大 功 率 为 光 . 5 当 =0 2Q = 光 0 5 14W ; R. . 时 , 伏 电池 输 出最 大功 率 为 0 2 01w , 图 4 示 . .6 当 =0 5Q 光 . 3 如 b所 维普资讯 7 6 青 岛大学学报 ( 程 技术 版) 工 第 2 卷 1 7 1 罨. o 5 O 04 . 10 . 15 . 20 . 25 . 30 . 35 . 02 . O 0 05 . 1 . 0 15 . 2. 0 25 . 30 . 35 . v| 置/ n B 输出特性曲线 b 输出功率 曲 线 圈 4 不同 R 值时光伏 电池输出曲线 3 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 l 之 , 出功 率就 越小 .由于 光生 电流 p 日照 强 度 影 响 比较 大 , 反 输 b 受 而且 与 日照 强度 成 正 比例 关 系嘲 , 因 此, 可以通过改变 , 值来等效地模拟不同 日照强度下光伏 电池 的输 出特性 曲线及输 出功率 曲线. 仿真参数设为 . . 0 T3 0K. B 0K , . . 11.对 I 赋予不 同的数值进行仿真 , =O0 08A, 0 R h f R =O0 1 =1 l h 得到一组输出电流 , 电压 , 功率值 , 利用 MA L B曲线拟合工具仿真出如图 5 TA 所示的光伏 电池 的输 出特性 曲线及输 出功率曲线. . . A = 二A _ I 2A o . Rn / - Z. 0 2Af vv / 4 输出特性曲线 b 输出功率曲线 田 5 不 同 值时光伏 电池输 出曲线 仿真 结果 表 明 , 伏 电池 的输 出特 性呈 非线 性 , 且 每条 曲线 都 有一 个最 大 功率点 随着 日照强度 的增 光 并 强, 光伏 电池 的最 大输 出功 率 也不 断增 大 , 日照 强 度 越 大 , 伏 电 池 的输 出 电能 就越 大 . 当 =6A 时 , 光 最 大输出功率为 2 3 5W ; =1 时 , . 1 当 0A 最大输 出功率为 3 8 6W; p=2 时, 大输出功率 为 . 8 当 h 0A 最 7 3W , 图 5 . 如 b所示 . 维普资讯 第 4期 吴海 涛 , ;基 于 MATL / i l k的光伏 电池建 模 与 仿真 等 AB Smui n 7 7 4 结 论 本文建立了 MAT A / i l k L B Smui 仿真环境下的光伏 电池仿真模型 , 出了不 同串联电阻 R 和 日照强 n 得 . 度变化条件下的光伏电池输出特性曲线及输 出功率特性曲线 .仿真结果表明 , 光伏 电池 的输 出特性呈非线 性, 并且每条曲线有且仅有一个最大输出功率点.功率输 出受 串联 电阻 R 及 日照强度 的影响 .串联 电阻 - R 越大, 功率越小; 照强度越大( . 输出 日 即光生电流越大)输出 , 功率越大. 考 文献 : - E 3 B s 1 oeB K.E eg , n i n n ,adAd a cs nP w r口 E E Trm o e l t n 0 0 5 4 l 8 7 1 n ry E vr me t n vn e o e o i .I E a P w rEe r ,2 0 ,1 ( ) 8 0 . co 6 吴天明 , 2 谢小竹 , 彭彬.MA L B电力系统设计 与分析 .北京 : T A M 国防工业 出版社 , 04 25 33 20 : 1 3. u r ui E Kaata i s ug rsN . v lp n fa M co o to l - a e e oo ot c M xmu Po r a 3 Ko to l lizk sK , Vo lai C De eo me to ir c n r l rB s d,Ph t v l i a i m we 3 P it rcigC nrl ytm 口 E ETrn o r l t nc,2 0 ,1 ( ) 4 5 . on a kn o to S s T e .I E asP we e r i 0 1 6 1 : 6 4 E co s 3 Ak a aM ,Al tw A 4 bb aa i t M A.A N w d l o V h rceit fS lrC l G n rtr n t piain J . e Mo e frI C aatr i o oa el e eaosa dI Ap l t s sc s c o S lrEn r ym aeil n lrCel ,1 9 oa eg trasa d S a l o s 9 5,3 ( )l1 31 2 72 2 3. 赵剑飞.太阳能 电动车最大功率点 跟踪控制研究及其 实现 5 D .西安 t西安交通 大学 , 0 3 20 . Th o e n i u a i n o e M d la d S m l to fPV l Ba e n Cel s d o MAT AB Smuik L /i l n W U i a ,KONG u n Ha- o t J a ,XI Do g we A n i ( olg f tmai t n C l eo o t ai ,Qig a ies y e Au z o n d oUnv ri ,Qig a 6 0 1 C ia