PVandMPPT光伏模型说明

1、模型说明光伏电池模型1、光伏组件等效电路光伏电池的等效电路对于研究光伏电池的外特性、建立光伏电池的仿真模型具有重要意义。根据相关文档得到光伏电池单元的等效电路拓扑：图1 光伏电池等效电路图中等效电路中忽略了并联电阻支路，由基尔霍夫电流定律得到光伏电池输出电流I为：式中V、I为光电池输出端电压、电流，IL为光电池短路电流，Id为二极管电流，I0为二极管饱和电流，q为库仑常数（q=1.610-19C），Rs为光电池等效串联电阻，n为结常数，k为波尔兹曼常数（k=1.3810-23J/K），T为光电池温度。在参考条件下，根据光伏组件特性，设光伏电池组件中Isc为短路电流，Voc为开路电压，Im和Vm

2、分别为最大功率点对应的峰值电流和电压，则当光伏阵列的电压为V时，其对应的输出电流I为：其中C1和C2如下：考虑太阳辐射变化和温度影响时，通过在前述式子中引入电流修正量dI及电压修正量dU，可得根据实际环境变化的光伏电池组件电压电流关系：其中修正量为，上式中Sref和Tref分别为光电池组件的光照强度参考值和温度参考值，a（A/）为参考照度下电流变化温度系数，b（V/）为参考照度下电压变化温度系数，Rs为光伏组件的串联电阻。由下式可得Rs为： 其中=1.12eV（硅）为材料带能，Imref和Vmref分别为参考条件下光伏组件最大功率点电压和电流，Iscref和Vocref分别为参考条件下光伏组件

3、的短路电流和开路电压，Voc和Isc分别为参考条件下光伏组件的开路电压和短路电流温度系数。在Matlab/Simulink建立光伏阵列的模块结构如下图所示。图2 光伏电池模型参数设置图3 光伏电池模型2、光伏组件特性分析组件特性主要是指V-I特性曲线和P-V曲线。 V-I特性曲线显示了通过太阳能电池组件传送的电流Im与电压Vm在特定的太阳辐照度下的关系，P-V曲线表征光伏组件出口电压与输出功率之间的关系。当太阳能电池组件电路短路即V0，此时的电流称为短路电流Isc；如果电路开路即I0，此时的电压称为开路电压Voc。太阳能电池的内阻呈现出强烈的非线性。在组件的输出功率达到最大点，称为最大功率点；

4、该点所对应的电压，称为最大功率点电压Vm（又称为最大工作电压）；该点所对应的电流，称为最大功率点电流Im（又称为最大工作电流）；该点的功率，称为最大功率Pm。在一定条件下：现取 Im=13.88A，Vm=288V，Voc=354V，Isc=14.88A，Sref=1000W/m2，Tref=25，a=0.0025A/，b=0.0028V/，Rs=0.5，可得此时光伏阵列的V-I曲线如下图所示：图4 光伏电V-I曲线图5 光伏电池P-V曲线光伏电池最大功率点跟踪控制1、最大功率控制方法选择太阳能电池组件的性能可以用 U-I曲线来表示。电池组件的瞬时输出功率（U*I）就在这条U-I曲线上移动。电池

5、组件的输出要受到外电路的影响。最大功率跟踪技术就是利用电力电子器件配合适当的软件，使电池组件始终输出最大功率。目前传统的MPPT控制算法有多种，应用比较普遍的有恒定电压法、电导增量法、扰动观察法等。 其中扰动观察法具有能够模块化控制回路，跟踪方法简单易实现、响应速度快等优点，在MPPT控制中被广泛采用，因此模型最大功率控制采用扰动观察法。2、最大功率控制原理扰动观察法是通过不断调节光伏器件MPPT的电路的工作状态来比较电路调整前后光伏器件输出功率和输出电压的变化情况，再根据变化情况来调整MPPT电路的工作，使光伏器件工作在最大功率点附近。光伏发电系统控制器在每个控制周期用较小的、一定的步长改变

6、光伏阵列的输出，步长方向可以改变，控制对象可以是光伏阵列输出电压或电流，这一过程称为干扰。然后，比较干扰周期前后光伏阵列的输出功率P，若P 0，说明参考电压调整的方向正确，可以继续按原来的方向进行干扰；若P 0，则说明参考电压调整的方向错误，需要改变干扰的方向。当给定的参考电压增大时，若P也增大，则工作点位于如图3中的最大功率点M点左侧，需继续增大参考电压；若P减小，则T作点位于M点右侧，需要减小参考电压。当给定的参考电压减小时，若P也减小，则工作点位于M点左侧，需增大参考电压；若P增大，则工作点位于M点右侧，需继续减小参考电压。这样，光伏阵列的实际工作点就能逐渐接近最大功率点，最终在其附近的

7、一个较小范围内往复达到稳态。本文在传统扰动观察法的基础上采用变步长扰动观察法，具体原理：详细见附件：一种应用于光伏系统MPPT的变步长扰动观察法图6扰动观察法控制框图变步长扰动观察法实现如下： 本模型既可以实现传统定步长扰动观察法，也可以实现变步长扰动观察法，可以通过如图中的操作进行选择，方便两种方法的对比，具体实现方法如下：3、Boost电路Boost变换器可以始终工作在输入电流连续的状态下，只要输入电感足够大，电感上的纹波电流小到接近平滑的直流电流，因此只需加入通量较小的无感电容甚至不加电容，避免了加电容带来的弊端。Boost电路简单， 功率开关器件的驱动设计方便，因此模型选用Boost电路。电路仿真图如下：图8 Boost电