光伏阵列输出特性与MPPT控制仿真研究概要Word下载.docx
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SimulationResearchonOutputCharacteristicsofPhotovoltaicArrayandMPPTControl
SIChuan2tao,ZHOULin,ZHANGYou2yu,LIUQiang,FENG（StateKeyLaboratoryofPowerTransmissionEquipment&
mwogy,
ChongqingUniv.,China）
Abstract:
Thesimulationmodelofsolarcellwas/simulink.Throughtheanalysisofsimulationresults,existingMPPTofthesummarized,andthemeritsanddemeritsbetweenvariablestep2sizeonalconductanceincrementmethodwereanalyzedandcompared.Thefeasibilityofthevariablestep2sizeconductanceincrementmethodandthe.
Keywords:
ssimulation;
conductanceincrementmethod;
variablestep2size
太阳能光伏发电技术
[1]
是利用太阳能电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转
准道路修路成本50万元进行估算,其道路建设的
投资约1000万元人民币,与工程项目概算中该部分投资额相当。
（3）本文采用的模型和方法比较简单,许多
问题的处理借助于工程经验估算,今后可在理论和方法上开展更深入的研究。
参考文献:
[1][2][3]
5 结语
本文根据风电场建设和风机运输的特点,进行了风机与运输公路的匹配,提出了定性和定量的风电场交通条件评价方法,使风电场宏观选址的交通评价更加细化和具体,方便在工程实践中应用。
（1）以候选场址的交通可达性为评价准则,提出了定性的交通评价指标及方法;
从估算道路投资成本出发,通过引入标准道路及折算系数等概念,提出了定量的交通评价方法。
（2）应用GIS手段,进行指标数据的获取与分析。
通过案例研究,在一定程度上验证了评价方法的有效性。
王承煦,张 源.风力发电[M].北京:
中国电力出版社,
2003.
周 伟,李卫东.大型商业建设项目交通影响评价方法
[J].交通运输工程学报,2004,4
（2）:
93299.
LEEAHI,etal.Multi2criteriadecisionmakingonstrategicselectionofwindfarms[J].RenewableEnergy,2008,doi:
10.1016/j.renene.2008.04.013.
[4]吕雪芹,余 志,邓院昌,等.基于特征点修正的SRTM数据在风能资源微观评估中的应用[J].测绘科学,2008,33
（4）:
1612162.
收稿日期:
2009211209本文编辑:
杨林青
司传涛,等 光伏阵列输出特性与MPPT控制仿真研究0285
换为电能的一种新型发电技术,是新能源开发和
利用的实例。
光伏电池是太阳能发电的核心部件,具有将太阳能转换为电能的功效。
但是由于器件本身的复杂特性,光伏电池的转换效率还比较低。
而且,光伏电池的输出特性具有非线性,并受到环境温度和光照的影响,使得光伏电池的输出功率发生变化,其实际转换效率进一步降低。
因此,对光伏电池输出特性的研究成为太阳能光伏发电行业的一个非常重要课题。
图2 太阳能电池典型输出特性曲线
1.3 光伏电池仿真模型
根据上述光伏电池数学模型可以推导得到任意光照强度S和电池环境温度T条件下的硅太阳
能电池非线性工程简化数学模型公式,利用Mat2lab/simulink建立的光伏电池仿真测试模型见图3。
子系统模型均采用Simulink模块搭建而成
。
1 光伏电池模型及其特性
1.1 光伏电池数学模型
太阳能电池是利用半导体光伏效应制成,它
是将太阳辐射能直接转换为电能的器件。
太阳能电池电路模型见图1
Iph———光生电流,度;
ID———暗电流;
——;
RL———电池的外负载电阻;
图1 太阳能电池电路模型
输出负载RL上电压电流关系
IRL=Iph
（URL+IRLRs）-1]}--Ios{expAkT
URL+IRLRs
Rsh
式中 q,k———电子电荷量及波尔兹曼常数;
A———太阳能板的理想因数,A=1.5;
T———太阳能板的温度;
Iso———太阳能板的逆向饱和电流,与T有关。
VPm———光伏电池的输入电压;
ISC———光伏电池的短路电流;
S———光照强度;
Tamb———环境温度;
Tref———电池的参考温度;
Vm———光伏电池在标准条件下最大功率输出是的输出电压;
Im———光伏电池在标准条件下最大功率输出时的输出电流;
Voc———光伏电池的开路电压。
图3 太阳能电池仿真测试模型
在仿真不同光伏电池时,只需要改变Voc、ISC、
Vm、Im4个参数,就可得到该光伏电池的仿真模
1.2 光伏电池的输出特性
型。
这4个参数由光伏电池的生产厂家提供。
由光伏电池数学模型分析可知,太阳能电池的输出是一个随光照条件及温度等因素变化的复杂变量。
图2为太阳能电池在标准测试条件下,即光照1kW/2
m,T=25℃时的典型输出特性。
太阳能板的输出开路电压U∝和输出短路电流Isc的值由生产厂家给出。
由图2光伏电池输出特性曲线可知,光伏电池在输出电压较低时,其输出电流几乎不变,可以看成一个直流恒流电源。
光伏电池的P2U曲线是一个单峰值曲线,光伏电池输出功率随输出电压变化而变化,在变化过程中存在一个最大值
2 不同条件下光伏电池输出仿真
仿真时,选用常用的变步长ode45算法,计算速度快。
该仿真模型可以得到在任意光照强度S和环境温度T条件下太阳能电池的输出电气特性曲线。
参数选取:
Isc=8.08,Vm=140.8,Im=7168,Voc=172.8。
2.1 不同光照条件下光伏电池输出特性在相同环境温度T=25℃下,光照强度分别
为600、800和1000W/m时的太阳能电池的P2
02862010,38
（2）
U输出特性曲线和I2U输出特性曲线见图4、图5
图7 不同温度下太阳能电池的I2U特性曲线
温度的升高,短路电流Isc呈现正的温度系数,但
图4 相同温度不同光照下太阳能电池的P2U
特性曲线
它随温度的变化率很小;
开路电压Voc和温度之间近似线性的关系,且呈现负的温度系数。
该仿真结果跟太阳能电池输出特性的理论分析相吻合,完全满足本文对仿真的要求,可模拟在变化的环气特性,太阳能电池有一
个最优工作点,叫做最大功率点（MPP）,它取决
图5 从图4、图,开路电压Voc;
短路电流Isc和输出功率均与光照强度成正比。
该仿真结果跟太阳能电池输出特性的理论分析相吻合,完全满足本文对仿真的要求,可模拟在变化的太阳辐射强度下的太阳能电池或太阳能电池组件的输出电气特性。
2.2 不同环境温度下光伏电池输出特性
2
在相同光照强度S=1000W/m,环境温度T分别为25℃、35℃、45℃时太阳能电池的P2U特性曲线和I2U特性曲线见图6、图7
于电池板温度和光照大小,不同的温度和光照条件下太阳能电池有不同的最大功率点。
即使在同一温度和光照条件下,由于太阳能电池的工作电压不同,也会使太阳能电池输出功率不同。
要使光伏电池尽可能地工作在最大功率点,需要使用
最大功率点跟踪（MPPT）控制。
3.1 传统的最大功率点跟踪方法
最常用的太阳能电池最大功率点跟踪方法有恒定电压跟踪法、扰动观察法和电导增量法种。
恒定电压跟踪法是一种稳压控制,即将最大功率点跟踪器简化为一个稳压器。
其控制简单,可靠性高,快速性好,但是不能自动跟踪太阳能电池的最大功率点,即不能真正实现最大功率点跟踪。
扰动观察法也称为登山法
[3211]
[2]
是周期性的给
太阳能阵列的输出电压加扰动,通过比较其输出功率与前一周期的输出功率的大小,来寻找最大功率点。
其结构简单,被测参数少,容易实现,但是其扰动步长的选择很难同时满足跟踪精度和速
图6 不同温度下太阳能电池的P2U特性曲线
度的要求,并且很有可能发生误判。
电导增量法
[12215]
从图6、图7特性曲线的测试结果得知,
随着是通过比较太阳能阵列的
司传涛,等 光伏阵列输出特性与MPPT控制仿真研究0287
瞬时电导和电导的变化量来实现最大功率跟踪。
该方法虽然能够实现真正意义上的最大功率跟
踪,但其跟踪步长选择时,同样很难同时满足跟踪
精度和速度。
[16,17]近些年来,人工智能如模糊逻辑控制、
神经网络法、单周控制法、滑膜控制法
等都已经渗入到了电气工程的各个领域,在光伏
阵列最大功率点跟踪控制方法中的应用也逐渐增
多。
针对光伏阵列的非线性,国内外许多研究人
员还在最大功率点跟踪控制方法中引入了一些新
的非线性控制策略如单周控制、滑膜控制等。
3.2 变步长电导增量法仿真
由于电导增量法具有很好的跟踪效果,在太
阳能发电系统中被广泛应用。
但传统的电导增量
法在步长选择上无法兼顾控制精度和跟踪速度。
当所选择的步长较大时,对日照变化跟踪速度快,
但功率振荡比较严重,导致稳态误差较大,无法满
足系统的稳态要求;
当所选择的步长较小时,可以
减弱功率振荡现象,慢,无法满足系统的动态要求的电导增量法,。
:
由光伏电池P2
U特性曲线可知一单峰曲线,在最大功率点Pm处斜率为0,而距
离最大功率点越远斜率绝对值越大。
因此可以设
置电导增量法中的步长为A|dP/dU|,当实际工
作点离最大功率点较远时,由于斜率较大,系统跟
踪的步长较大;
当实际工作点离最大功率点较近
时,由于斜率较小,系统跟踪的步长较小。
通过设
置合适的A值,同时结合电导增量法跟踪精度高
的优点,可以在最大功率点跟踪过程中实现变步
长跟踪。
变步长电导增量法的流程图见图8。
图9 步长为0.05
时的太阳能电池输出电压[18][19,20][21]
4 最大功率点跟踪控制的仿真
4.1 传统电导增量法的仿真
图9、图10分别为电导增量法在步长a=0.
05和a=0.1时的太阳能电池输出电压波形。
为图10 步长为0.1时的太阳能电池输出电压
了更好地验证电导增量法控制效果,仿真时,在t
2=0.15s时,太阳能电池光照从1000W/m突降
2到800W/m,在t=0.2s时太阳能电池的环境温
度有25℃突升为45℃。
从图9、图10的仿真结果分析得知,在电导
增量法仿真时,当所取步长a=0.05时,
虽然振荡小了,满足了系统的稳态要求,但是响应时间很长,无法满足系统的动态要求;
当所取步长a=0.1
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