太阳能光伏电池阵列仿真模型的研究Word格式.docx

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Ｓｔｕｄｙ０　　ｎＰｈｏｏｏｔｉ　ｒａ　ｉｕａｉｎＭｏｌｔｖｌａｃＡｒｙＳｍｌｔｏ　ｄｅ　

ＷＡＮＧ　ｕ，ＹｅＷＡＮＧ　ｉｎｃｕ，Ｓ　ｎＮａ—ｈｎＨＩＢｉ　

（ｃｏｌｆＥｅｔｃｌｎｉｅｒｇＳｕｈａｔｎｖｒｉＮａｊｎ　１０６Ｃｉａ　Ｓｈｏ　ｌｃｉ　ｇｎｅｉ，ｏｔｅｓ　ｉｓｏｒａＥｎＵｅ　ｎｉｇ２０９，ｈｎ）

Ａｂｓｒｃ：

Ｉ　ｐｌｃｔｏ　ｆＳｉｕｉｋｔｏｌｏｉｌｔｏ　ｏｔｒ　ＡＴＬｔａｔｎａｐｉａｉｎｏｍｌ　ｎｏｓｆｓｍｕａｉｎｓｆｗａｅＭ　ＡＢ，ａｅ　ｎｔｅｐｓｃｌｎ　ｔｅｔａ　ｏｅｓｏｆｈｔｖｌ　ｂｓｄｏ　ｈ　ｈｙｉａ　ｄｍａｈｍａｉｌａｃｍｄｌ　ｐｏｏｏ—

ｔｉ　ｒａ，ａｋｎ　　ｈｔｖｌｉ　ｒａ　ｒｎ　ｉｌｔｏ　ｄｌｗａ　ｓａｌｓｅＳｍｕａｉｎｍｏｄｌｉｔｒａ　ｔｔｒ　ｉｇａｗａ　ｉｅ，ａｃａｒｙ　ｉｄｏｆｐｏｏｏｔｃａｒｙｗｏｋｉｇｓｍｕａｉｎｍｏｅ　ｓｅｔｂｉｈｄ．ｉｌｔｏ　ａｅ　ｎｅｌｓｒｕｅｄａｒｍ　ｓｇｖｎ　ｎｕｃａ　ｎｅ　ｉｅｅｔｌｈｉｇｓｒｎｔｅｖｉｎｎａ　ｅｅａｕｅａｄｍｕｔｅｓｒａ　ｎ　ａａｌｌｃｎｅｔｎｍｅｈｄ，ｉｎｄｕｄｒｄｆｒｎ　ｉｔ　ｔｅｇｈ，ｎｒｍｅｔｌｍｐｒｔｒ　ｎ　ｌｐｌ　ｅｉｌｄｐｒｌ　ｏｎｃｉ　ｔｏｓｓｍｕｌｔｏｓｗｅｅＣｌ　ｇｎｏｔｉａｅｏａｉｎ　ｒ　ａ＇－ｒｅ　ｕ　ｒｄｆｅｅｔｙ　ｆｓｌｒｃｌｓＳｍｕｌｔｏ　ｓｌｓｏ　ａ　ｈｔｖｔｉ　ｒａ　ｏｌｕｐｔｉｓｍｉｒａ　ｃｕｌｕｐｔｂｓｃｌ．ｉｄｏｔｆ　ｉｆｒｎ　ｐｅｏ　ｏａ　ｅｌ．ｉｏｔａｉｎｒｕｔｈｗｓｔｔ

ｏｏｏｌｃａｒｙｍｄｅ　ｔｕ　ｓｉｌ　ｓｔａ　ｔｕ　ａｉａｌ　ｅ　ｈｐａｏ　ａａｏｙ

Ｋｅ　ｒ：

ｈｔｏｔｉ　ｒａ；

ＡＴＬＡＢ　ｉｌｔｎ；

ａｉｙｗｏｄｓｐｏｏｖｌｃａｒｙＭａｓｍｕａｉｏｍｘｍｕｍ　ｗｅ　ｉｔｐｏｒｐｏｎ　

在构建一个光伏系统时，由于其在不同的光照　强度和温度下的输出功率有较大的转变，如果采纳　

起的光电效应，其基本特性和二极管类似，可用简　

单的ＰＮ结来说明。

当具有适当能量的光子入射于　

真实的光伏电池的阵列，那么本钱会很高。

尤其是当　

被研究的光伏系统的功率在数百瓦甚至更大级别　时，为了降低投资，提高系统的可行性，建立光伏　电池阵列模型就显得十分重要。

　光伏电池阵列模型可以模拟出在不同的光照强　度、环境温度和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，可以大大缩短光伏系　统的研究周期，提高研究效率和研究结果的可信　

半导体时，光与组成半导体的材料彼此作用产生电　子和空穴（因失去电子而带正电荷）电子接收光能，，　向Ｎ型半导体扩散，使Ｎ型半导体带负电，同时空　穴向Ｐ型半导体移动，使Ｐ型半导体带正电，如此，　在ＰＮ结两端便产生了电动势。

这时，分别在Ｐ型　半导体和Ｎ型半导体电极处焊上金属导线，接通负　

载，那么外电路便有电流通过，组成电池元件　。

图１光伏电池等效电路，其工作原理为：

当　是

光照恒定时，由于光生电流　不随光伏电池的工　

度。

因此成立光伏电池阵列模型在实际工作中是非　常必要的…。

本文介绍了一种在ＭＴＡ／ｉｕｉｋＡＬＢＳｍｌｎ环　

作状态而转变，因此在等效电路中可以看作是一个　恒流源。

光伏电池的两头接入负载后，光生电流流　过负载，从而在负载的两端建立起端电压　。

负载　

端电压反作用于光伏电池的ＰＮ结上，产生一股与　—

光生电流方向相反的电流』。

此外，由于太阳能光　　

境下，模拟一个有效的光伏电池阵列模型的方式。

１光伏电池阵列模型的建立　

光伏电池的发电是利用光入射于半导体时所弓　

伏电池板前后表面的电极和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发电池板内　

作者简介：

王越（９６）１８一，男，硕士研究生，研究方向为电力电子与电力传动；

王念春（６一）男，授，１６，９教博士，究方向为电力电子应用技术、研嵌入式系统与软件开发、能仪器等方面；

智　时斌（９８，，１６一）男副教授，博士，究方向为新能源发电技术的应用、变电站仿真和运算机测控技术等方面。

研　

２—　０

太阳能光伏电池阵硼伤真模型的研究　

电工电气　（０９Ｎ．）２０　ｏ１　０

部的串联损耗，引入串联电阻　。

串联电阻越大，故　线路损耗越大，光伏电池输出效率越低。

在实际的　太阳能光伏电池中，一样串联电阻都比较小，大都　在１。

Ｑ至几欧之间。

另外，０。

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，从而会形成漏电，致使本来要流　

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转变的情形下，分析光伏电池　

工作原理可得：

　』＝。

［　（－　　　　。

１ＴＬ。

］）

（）３　

式中：

　为标准测试条件下测得的光伏电池的短　Ｉｃｓ路电流；

　为光照强度；

为光伏电池的短路电流温度　ａ系数；

标注测试条件是指光伏电池的绝对温度　与光　照强度　酣的值为参考值，即别离为２８口　０ｗｍ。

９胼１０／２０　当光伏电池处于开路状态时　０　＝ｏ。

代入　＝；

Ｖ　式（）得反向饱和电流的表达式为：

２可　

过负载的光生电流被短路掉，因此引入一个并联电　阻其中　来等效。

相关于串联电阻来说，并联电　阻比较大，一样在ｌＱ以上　。

　ｋ　

Ｉ　Ｒ　

１　，

三厶ｓ三Ｊｈ）　，　Ｊｒ　

ｌ　

力／ｅｐ　　［ｘ（

１　

，

）１　一　３

（）４　（）５　

Ｖ。

ｖ。

ｒｅｆ［＋卜　。

］ｏ＝ｏ１　（　　）

Ｉ　

式中：

一　　为标准测试条件下测得的光伏电池　

的开路电压；

为光伏电池的开路电压温度系数。

图１光伏电池等效电路图　

由等效电路图可得光伏电池特性的一样公式：

当光伏阵列模块工作在最大功率点时，由式　（）求得　：

２可　１（ｎ　

。

１｛Ｘ　０ｅｐ［

Ｈ）　

（）１　

式中：

为光伏电池的输出电流；

为Ｐ结电　　　Ｎ流；

为反向饱和电流；

为输出电压；

７　　ｎ为绝对温　

度（）是单位电荷，其值为１６０。

；

ｋ玻　Ｋ；

ｇ．×

１１Ｃ是

＋）　１一

—一　

（）６　

＝——————了　

为光伏电池最大功率点的工作电压；

　　』

为光伏电池最大功率点的工作电流。

　基于上述的数学模型，在ＭＴＡ／ｉｕｉｋ环　ＡＬＢＳｍ１ｎ境下成立光伏电池阵列的通用仿真模型，其内部结　构如图２示。

创建子系统，并在其内封装』、、所　　　‘、和门、／等参数，这些参数可由厂家给定　　　７　产品数据中取得。

仿真时，可以方便的对不同的光　伏电池阵列进行设置。

　如图２中所示，利用Ｓｍｌｎ工具，在光伏电池　ｉｕｉｋ陈列的物理数字模型基础上，成立光伏电池阵列的　仿真模型。

其中模块输入为温度ｔ；

光照强度Ｇ；

模　

块的输出为光伏电池阵列工作电压　晌　电流　　出。

耳兹曼常数，其值为１３×

１　。

／；

Ａ为二极管　．８０３［理想常数，其值常在ｌ之间变化。

通常情况下　～２

式（）１中的（螂。

）　　佃　项远远小于光伏电池输出电　流，因此该项可以忽略。

　由于单个光伏电池产生的电压很小。

因此，在　

实际中，需要通过对许多小单位的光伏电池串、并　联交替组合来得到期望的直流电压或电流。

据此可　

以得到简化的光伏电池模块的输出特性方程：

　ｆ＝Ｊ　７／ｅｐ［Ｘ　］１－）（）２　

力、／别离为光伏阵列模块中光伏电池　。

７　

图２光伏电池阵列仿真模型内部结构图　

２１—　

（０　ｏ０２９．）０Ｎ１　

太阳能光伏电池阵歹仿真模型的研究　ｊ｝

２仿真结果及分析　

根据现有实验设备，设置光伏电池阵列参数　

为：

＝．８；

Ｖ＝７５；

』　９１　；

Ｖｃ２．　，　８５　ｍ１．　。

．９ＡＶ＝Ａｏ＝２０　Ｖ

ａ００％Ｋ　＝８ｍ／；

力：

妇＝。

＝．５／；

一０ＶＫ　ｌ　５　

２，５光阴伏电池阵列　一、Ｊ５Ｏ℃Ｖｐ—Ｖ曲线如图５　、

图６所示。

在温度２５℃时，测得光照强度为１０　０，８０００，　５０／２０　ｍ时的光伏电池阵列』　一曲线如图３　ｗ一、尸　、图４所示。

ｖ｜　

图５光伏电池阵列的ＩＶ－随温度转变曲线　

ｖｆ　

图３光伏电池阵列的ＩＶ光照强度转变曲线　－随

／　Ｖ

图６光伏电池阵列的　随温度转变曲线　

由图５可知，当光照强度不变，随着温度的增　大，光伏电池阵列开路电压减小，短路电流略有上　升，但变化不大，因此最大功率点也在减小。

从图　

７、　

６以看出，最大功率呈线性变化。

温度越高，其　可

最大输出功率越小。

图４光伏电池阵列的Ｐ　光照强度转变曲线　－随

由图３知，当温度不变，随着光照强度的增　可大，光伏电池阵列开路电压大体不变，而短路电流越　大，最大功率点也随之增大。

从图４以看出三条曲　可

由上可知，光伏电池阵列在电压较低时近似为　

恒流源，在电压高时其性能与恒压源类似，且开路　

电压近似同温度成反比，短路电流近似同日照强度　

成正比。

线的峰值几乎处于同一垂直的直线上，即当光照强度　

发生转变时，最大功率点的输出电压大体恒定。

　当光照强度为１０　／。

　０ｍ，环境温度别离为０　０Ｗ，

将光伏电池阵列模型接入如图７示的ｂｏｔ所ｏｓ电　

路模型中。

图７ｂｏｔ压电路模块　　ｏｓ升

设置ｂｏｔｏｓ电路参数，运行并观测其输出，出电　输压电流图形

见图８、图９。

其纹波较小，符合实际电路　

２一　２

要求。

仿真结果说明该光伏阵列电池模型靠得住有效。

（下转第４页）９　

带ＧＲ短信功能的双ＣＵ电流接地选线装置　ＰｓＰ小

电工电气　（０９．）２０　１　Ｎｏ０

４结语　

本文研制了一种基于双ＣＵ的小电流接地系统　Ｐ单相接地保护装置。

该装置采用单片机和ＤＰ双　Ｓ

参考文献　

［］孙文武．于综合选线法的小电流接地选线装置的　１基研究［］保定：

华北电力大学，２０．Ｄ．０６　［］王坚，卢继平，薛毅．型小电流接地故障选线装　２新

置的设计［］继电器，２０，３（４．Ｊ．０４２１）　

ＣＵ作为小电流接地系统单相接地故障检测的核　Ｐ

心，充分发挥了单片机的操纵功能和ＤＰ强大的信　Ｓ

［］李洁，建源．于ＤＰ３徐基Ｓ的双ＣＵ压器运行参数监测　Ｐ变装置的研制［］／ｃ／第一届电器装备及其智能化学术　会议论文集．安：

中国电机工程学会变电专业委　西

员会，２０：

４卜４６０７００．　

号处理能力。

扩展了６片ＡＤ转换芯片，实现了／　３６路信号

同步采集，使用ＤＰ对数据进行分析后　Ｓ选出故障线路；

采用ＬＤ显示模块使得装置具有很　Ｃ好的人机交互能力。

引入ＧＲＰＳ短信技术，具有实　时在线、按量计费的特点，大大减少了建网和保护　费用的投入，减轻了工作人员的劳动强度，具有进　

［］马姗姗．于双ＣＵ统的小电流接地选线装置的研　４基Ｐ系究［］济南：

山东大学，２０．Ｄ．０７　

［］熊睿，张宏艳．电流接地故障智能综合选线装置　５小

的研究［］继电器，２０，３６：

６１．Ｊ．０６４（）－０　

步推广的实际意义。

真和现场试验结果表明，仿　

［］李华，李学云，区细成．代移动通信新技术——　６现ＧＲ系统［］广州：

华南理工大学出版社，２０．ＰＳＭ．０１　

修稿日期：

２０—５２　０９０—６

本装置选线成效良好，而且体积小、性价比高，应　

用前景普遍。

（接第２页）上２　

立其物理数学模型，并应用ＭＴＡＡＬＢ的Ｓｍｌｎｉｕｉｋ工　

具构建光伏电池阵列的仿真模型。

由仿真结果表　

明：

光伏电池阵列模型输出大体同实际输出相似。

　输出电压及电流受光照强度和温度转变的阻碍，但　在任意温度和光照强度下都存在一个最大功率输　出点。

应尽量使光伏电池阵列工作在该点，这样才　

能提高光伏电池阵列的利用率。

模型参数的设置方　

ｆｓ／　

便快捷、仿真速度快、收敛性好。

因此该模型的建　

立为光伏发电系统的仿真及各种控制方法的验证　提供了较好的仿真鼓励源。

参考文献　

［］周德佳，赵争鸣，吴理博，等．基于仿真模型的太阳　１能光伏电池阵列特性的分析［］清华大学学报：

自Ｊ．　然科学版，２０，４（）１０—１２０７７７：

１９１１．　［］茆美琴，余世杰，苏建徽．带有ＭＰ２ＰＴ功能的光　

伏阵列Ｍｔ　ｂ通用仿真模型［］ａ　ａｌＪ．系统仿真学报，　

２０，１（）１４—２１０５７５：

２８１５．　

图８ｏｓ电路输出电压波形　　ｂｏｔ

，　／

［ｊｅｎ—ｈｏＫｏＤｓｇ　ｎ　ｍｌｍｎａｉｎｏ　３　ＹｏｇＣａ　ｕ．ｅｉｎａｄＩｐｅｅｔｔｏ　ｆ

ＳｉｇｅＳａｅＰｏｔｖｌａｃＥｅｇ　Ｃｎｅｓｏ　ｎｌ　ｔｔ　ｈｏｏｔｌ　ｎｒｙｏｖｒｉｎ

图９ｏｓ电路输出电流波形　　ｂｏｔ

ＳＳｅ【］Ｙｉａ：

Ｎｔｏａ　ＣｅｇｕｇＹｔｍＤ．ａｗｎａｉｎｌｈｎ　Ｋｎ　

３结语　

通过分析光伏电池内部原理及其等效电路，建　

Ｕｉｅｓｔｎｖｒｉｙ，２０．０１　

［］孔娟．阳能光伏发电系统的研究［］青岛：

岛大　４太Ｄ．青

学，２０．０６　

收稿日期：

２０一４０　０９Ｏ—１

４．　９——

1