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京网文[0号 京ICP证100780号& & 在光照强度为S=1 000 W／m2，测得温度分别为10℃，25℃，40℃，55℃，70℃时的光伏阵列电池I-V，P-V曲线如图5，图6所示。
& & 由图3，图4可知，在温度不变的情况下，随着光照强度的不断升高．最大功率点也在逐渐增大。由图5，图6可知，在光照强度不变的情况下。随着温度的升高，最大功率点在逐渐减小。 & & 仿真结果表明，该模型比完全采用数学建模或用S-function函数建模相比，结构简单，易于操作，只需要相关参数就可以模拟出与实际情况相近的特性曲线。
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基于Matlab／Simulink的光伏电池仿真模型研究
来源：电源网
作者：馨颖
【电源网】介绍一种以输出特性为基础的光伏电池数学模型，该模型通过光伏电池的4个标准性能参数拟合出电池输出特性，它能模拟光伏阵列在任意太阳辐射强度、环境温度下的输出特性。最后，在Matlab／Simulink环境下建立光伏电池的仿真模型，将仿真结果与实测结果进行对比，验证该模型的准确性。
随着低碳经济和低碳技术的发展，太阳能作为一种洁净可再生能源已成为各国研究的热点，各国政府也相继出台各类政策支持太阳能光伏产业的研究和发展。然而，由于其较高的研发费用和受实际环境因素限制，使太阳能光伏技术的发展远不能满足社会发展需求。所以实验室仿真分析成为光伏电池设计与研究的有效手段。本文在Matlah／Simulink的仿真系统中，基于光伏电池输出特性的基础上对光伏电池进行建模，仿真结果表明，该数学模型的输出特性与实际太阳能电池板输出特性非常接近，验证了设计的正确性。
1 光伏电池实用仿真数学模型
光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制成的，所谓的光伏效应是指半导体材料吸收光能后产生电动势的现象。所以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和一些电阻组成。仿真模型的特点是采用简单且易获取的参数拟合出光伏电池的输出特性，适用于对电池外部特性进行的仿真研究。根据光伏电池的V-I特性曲线可以得到基本输出特性公式：
式中：U、I为电池输出电压和电流；C1，C2为修正系数。
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基于s函数的变长电导法的光伏阵列最大功率点跟踪.pdf
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文档介绍：论文题目：基于S函数的变步长电导法的光伏阵列最大功率点跟踪学科名称：电力系统及其自动化研究生：蔺娜签名：菌直唾一指导教师：张靠社副教授签名：摘要太阳能作为一种新型的的绿色能源，以其无污染、可再生等优点受到人们越来越多的重视。本文选择单相双极式光伏并网发电系统，分别对光伏电池的工作特性，最大功率点跟踪，并网逆变器以及孤岛效应等方面做了详细的分析和研究：1．通过研究光伏电池的工作原理及工作特性，对于不同环境和不同日照强度下的太阳太阳能电池的非线性。2．通过研究最大功率点跟踪原理及常用的跟踪方法，本文选择可靠性和稳定性较高的电导增量法，而常规电导法的步长为一恒定值，无法同时兼顾动态性和稳定性，所以本文提出一种恒电压启动的变步长电导法，结果证实了该方法的可靠性。3．研究了并网逆变器的控制目标和控制策略，并网逆变器采用电压源输入，电流源输出的控制方式；对电流滞环、定时、三角波比较方式法进行了仿真对比研究，同时为了减少电网电压对并网电流的影响，采用了带电压前馈补偿的电流控制方式对单相光伏并网系统进行了仿真。结果表明较好的实现了并网电流的单位功率因数输出。4．研究了光伏并网中孤岛检测的工作原理，通过分析孤岛检测的两种控制方法，本文数模块中编写了主动频率扰动法的控制算法，结果证明该方法的可靠性。关键词；光伏并网发电；最大功率点跟踪；恒电压；变步长电导增量法；并网逆变器；孤岛保护西安理工大学硕士学位论文VARIABLESTEPSIZEINCMPPTMETHODFORPVTiUe：AoNS．FUNCTION曰ectricalPowerandAutomationMajor：SystemName：NaLjnSignatu陀：必鲇Prof．KaoSheZHANGSuperVisor：AssociateSignature：AbstractIIlreI溯1twimsource’syearsalongr朗实用光伏电池建模及MPPT算法仿真_参考网
实用光伏电池建模及MPPT算法仿真
郭爽+王丰贵摘要：基于工程用光伏模块输出方程，利用Matlab/Simulink建立一个光伏电池实用仿真模型。该模型可以模拟实际光伏模块在不同环境下的输出特性曲线。在传统的电导增量法基础上利用计算得到的步长进行最大功率点跟踪，通过仿真结果表明在外界环境剧烈变化时改进的电导增量法可以快速跟踪光伏电池的最大功率点。该文是在Matlab/Simulink中实现了梯度变步长电导增量法，且在此给出该算法的模型搭建图，并在保证仿真精度的情况下通过加入延迟模块解决了仿真中的代数环问题。关键词： 实用光伏模型； 改进电导增量法； MPPT； Matlab仿真中图分类号： TN964?34 文献标识码： A文章编号： X（8?03Modeling of practical PV battery and simulation of MPPT algorithmGUO Shuang1，2， WANG Feng?gui1（1. Institute of Automation， Shandong Academy of Sciences， 250014， China；2. Department of Automation， Nanjing University of Science and Technology， Nanjing 210094， China）Abstract： Based on output equation of engineering PV module， a practical simulation model of PV cells was established by means of Matlab/Simulink. This model can simulate the output characteristic curves of practical PV module under different environments. The calculated step length is adopted to track maximum power point on the basis of the traditional incremental conductance method. The simulation results show that the maximum power point of photovoltaic cells can be fast tracked with the improved incremental conductance method as the external environment changes violently. The innovation of this paper is that the gradient variable step incremental conductance method is implemented in Matlab/Simulink， the simulation model diagram of the algorithm is presented in this paper， and the algebraic loop problem existing in simulation is solved by adding a delay module in the case of ensuring the precision.Keywords： practical PV model； improved incremental conductance； MPPT； Matlab simulation目前，光伏太阳能等新能源的开发和利用受到越来越多的关注。由于光伏发电的研究需要较高的研发经费和受实际环境因素限制，实验室仿真分析成为光伏电池设计和研究的有效手段[1]。本文在Matlab 环境下建立了光伏电池实用模型，提出改进的电导增量法来实现最大功率点跟踪。通过对Boost电路输出功率的仿真表明，该算法可以较快完成MPPT。1光伏电池等效电路及其输出特性方程理想情况下，光伏电池在等效电路中可以看作一个恒流源。等效电路中并联一个二极管模拟暗电流的产生，用一个串联电阻来模拟电池板的损耗，一个并联电阻来模拟短路电流的产生[2?3]。等效电路如图1，输出特性方程[2?3]如式（1）所示。图1 光伏电池等效电路[IL=Iph-Id-UdRsh =Iph-Ioexp(q(UL+ILRs)AKT)-1-UdRsh]
（1）式中：IL为输出电流（A）；q为电荷（C）；Io为二极管反向饱和电流（A）；K为玻尔兹曼常数，1.381 0-23 J/K；A为二极管品质因数（介于1和2之间）；Ud为为二极管两端的电压；Rsh为并联电阻（Ω）；Rs为串联电阻（Ω）；Iph为光生电流（A）；UL为输出电压（V）。2光伏电池工程用数学2.1光伏电池工程用数学表达式光伏电池的生产厂家只会为用户提供标况下（光强S=1 000 W/m2，电池温度T=25 ℃）短路电流Isc，开路电压Uoc，峰值电流Im，峰值电压Um四个电池板测量参数。由于Rs相对于串联电阻Rs的数值非常大，忽略式（1）中的最后一项和ILRs项[4]。当负载短路的时候，有短路电流Isc=Iph。基于以上两点，可以把式（1）变为：[IL=Isc-Ioexp(qULAKT)-1]（2）为了更加方便地建立数学模型，在这里构造2个参数[6]X1，X2。式（2）可以转化为：[IL=Isc-IscX1exp(ULX2Uoc)-1] （3）在最大功率点有UL=Um，实际情况中有[exp(UmX2Uoc)&&1]，所以得到：[Im=Isc-IscX1exp[Um(X2Uoc)]] （4）由式（4）可以解得：[X1=(1-ImIsc)exp(-UmX2Uoc)] （5）[X2=(UmUoc-1)Ln(1-ImIsc) -1] （6）令：[ΔT=T-Tref] （7）[D=ΔSIsc+aΔT(1+ΔS)]（8）[ΔS=SSref-1] （9）[dV=-(bΔT+DRs)] （10）[IL=Isc-IscX1exp(UL-dVX2Uoc)-1+D] （11）式中：Tref=25 ℃；Sref =1 000 W/m2；a，b都是补偿系数，a=0.005 6，b=0.2；T，S，D，dV为中间变量[5?6]。2.2光伏电池模型搭建及输出特性仿真本文所用光伏电池测量参数为：最大功率Pm=120 W，峰值电压Um=34.5 V，峰值电流Im=3.48 A，短路电流Isc=4.09 A，开路电压Uoc=43.2 V。结合式（11）在Matlab/Simulink中搭建模型如图2。图2 PV模块内部图在不同光照和温度下仿真光伏电池的输出特性曲线如图3~图6。仿真结果表明搭建的实用模型可以很好的模拟光伏电池的实际输出特性。通过观察P?V曲线，发现光伏电池存在唯一的最大功率点。图3 不同光强下I?U曲线图4 不同温度下I?U曲线图5 不同光强下P?V曲线3改进电导增量MPPT算法建模仿真电导增量法是常用的最大功率点跟踪算法，。采用电导增量法进行最大功率跟踪时并无原理性误差，是一个比较理想的 MPPT 跟踪方法[9]。电导增量法中设定的固定步长较大时，算法跟踪速率较快，但是有比较大的稳态震荡。设定较小的步长时，算法跟踪速率较慢，有比较小的稳态震荡。为了能兼顾跟踪速率快和较小的稳态震荡，采用变步长的电导增量法。令步长d=A|dp/du|，当dp/du&0时，U=U+d；当dp/du&0时，有U=U-d[7?8]。根据经验设定参数A=0.000 1。在Matlab环境下搭建梯度电导增量算法模型见图7，搭建基于boost电路[9?10]的MPPT仿真模型见图8。图6 不同温度下P?V曲线图7 基于变步长电导增量法模型图图8 基于Boost电路的光伏系统MPPT仿真模型图仿真参数设定Max step size：0.000 01；slover：ode23；Relative tolerance：1e-4；powergui模块：Simulation type=Discrete， Sample time=50e-6；C1=500e-6c；C2=1 000e-6c；R=40 Ω；L=50e-6 H；IGBT和二极管D取默认参数；仿真时间为0~0.6 s，阶跃模块实现在0.3 s由S=1 000 W/m2跳变为S=800 W/m2，光伏电池输出电压及负载功率仿真波形见图9和图10。结合图9和图10，外界环境变化时，光伏电池输出电压分别稳定在34.5 V和32.5 V附近，负载功率接近光伏电池的最大功率120 W和96 W。4结语本文在Matlab环境下搭建了光伏电池实用仿真模型，仿真结果与理论分析相吻合。建立基于改进的电导增量法MPPT仿真模型，结果表明新算法可以较好地实现最大功率跟踪。 图9 光伏电池输出电压图图10 光伏系统负载功率图 参考文献[1] 于晓燕，崔爱红.我国太阳能利用的现状、问题与对策[J].科技信息，2011（3）：52?53.[2] 王立乔，孙孝峰.分布式发电系统中的光伏发电技术[M].北京：机械工业出版社，2010．[3] 赵颖.独立运行光伏发电系统的研究[D].大连：大连理工大学，2009.[4] 胡德安，韩新峰，彭莉萍，等.基于Matlab/Simulink的光伏模糊最大功率点跟踪控制的研究[J].工业控制计算机，）：39?43.[5] 汤强，薛太林.基于Matlab/simulink的光伏组件建模仿真[J].通信电源技术，）：38?39.[6] 茆美琴，余世杰，苏建徽.带有 MPPT 功能的光伏阵列 Matlab 通用仿真模型[J].系统仿真学报，）：.[7] MEI Qiang， SHAN Ming?wei， LIU Li?ying， et al. A novel improved variable step size incremental resistance MPPT method for PV systems [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2011， 58（6）： .[8] 黄舒予，牟龙华，石林.自适应变步长MPPT算法[J].电力系统及其自动化学报，）：26?30.[9] 张翔，王时胜，余运俊，等.基于电导增量法MPPT仿真研究[J].科技广场，2013（7）：60?64.[10] NEWLIN D J S， RAMALAKSHMI R， RAJASEKARAN S. A performance comparison of interleaved boost converter and conventional boost converter for renewable energy application [C]//2013 IEEE International Conference on Green High Performance Computing：Nagercoil， India： ICGHPC， 2013： 1?6.图2 PV模块内部图在不同光照和温度下仿真光伏电池的输出特性曲线如图3~图6。仿真结果表明搭建的实用模型可以很好的模拟光伏电池的实际输出特性。通过观察P?V曲线，发现光伏电池存在唯一的最大功率点。图3 不同光强下I?U曲线图4 不同温度下I?U曲线图5 不同光强下P?V曲线3改进电导增量MPPT算法建模仿真电导增量法是常用的最大功率点跟踪算法，。采用电导增量法进行最大功率跟踪时并无原理性误差，是一个比较理想的 MPPT 跟踪方法[9]。电导增量法中设定的固定步长较大时，算法跟踪速率较快，但是有比较大的稳态震荡。设定较小的步长时，算法跟踪速率较慢，有比较小的稳态震荡。为了能兼顾跟踪速率快和较小的稳态震荡，采用变步长的电导增量法。令步长d=A|dp/du|，当dp/du&0时，U=U+d；当dp/du&0时，有U=U-d[7?8]。根据经验设定参数A=0.000 1。在Matlab环境下搭建梯度电导增量算法模型见图7，搭建基于boost电路[9?10]的MPPT仿真模型见图8。图6 不同温度下P?V曲线图7 基于变步长电导增量法模型图图8 基于Boost电路的光伏系统MPPT仿真模型图仿真参数设定Max step size：0.000 01；slover：ode23；Relative tolerance：1e-4；powergui模块：Simulation type=Discrete， Sample time=50e-6；C1=500e-6c；C2=1 000e-6c；R=40 Ω；L=50e-6 H；IGBT和二极管D取默认参数；仿真时间为0~0.6 s，阶跃模块实现在0.3 s由S=1 000 W/m2跳变为S=800 W/m2，光伏电池输出电压及负载功率仿真波形见图9和图10。结合图9和图10，外界环境变化时，光伏电池输出电压分别稳定在34.5 V和32.5 V附近，负载功率接近光伏电池的最大功率120 W和96 W。4结语本文在Matlab环境下搭建了光伏电池实用仿真模型，仿真结果与理论分析相吻合。建立基于改进的电导增量法MPPT仿真模型，结果表明新算法可以较好地实现最大功率跟踪。 图9 光伏电池输出电压图图10 光伏系统负载功率图 参考文献[1] 于晓燕，崔爱红.我国太阳能利用的现状、问题与对策[J].科技信息，2011（3）：52?53.[2] 王立乔，孙孝峰.分布式发电系统中的光伏发电技术[M].北京：机械工业出版社，2010．[3] 赵颖.独立运行光伏发电系统的研究[D].大连：大连理工大学，2009.[4] 胡德安，韩新峰，彭莉萍，等.基于Matlab/Simulink的光伏模糊最大功率点跟踪控制的研究[J].工业控制计算机，）：39?43.[5] 汤强，薛太林.基于Matlab/simulink的光伏组件建模仿真[J].通信电源技术，）：38?39.[6] 茆美琴，余世杰，苏建徽.带有 MPPT 功能的光伏阵列 Matlab 通用仿真模型[J].系统仿真学报，）：.[7] MEI Qiang， SHAN Ming?wei， LIU Li?ying， et al. A novel improved variable step size incremental resistance MPPT method for PV systems [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2011， 58（6）： .[8] 黄舒予，牟龙华，石林.自适应变步长MPPT算法[J].电力系统及其自动化学报，）：26?30.[9] 张翔，王时胜，余运俊，等.基于电导增量法MPPT仿真研究[J].科技广场，2013（7）：60?64.[10] NEWLIN D J S， RAMALAKSHMI R， RAJASEKARAN S. A performance comparison of interleaved boost converter and conventional boost converter for renewable energy application [C]//2013 IEEE International Conference on Green High Performance Computing：Nagercoil， India： ICGHPC， 2013： 1?6.图2 PV模块内部图在不同光照和温度下仿真光伏电池的输出特性曲线如图3~图6。仿真结果表明搭建的实用模型可以很好的模拟光伏电池的实际输出特性。通过观察P?V曲线，发现光伏电池存在唯一的最大功率点。图3 不同光强下I?U曲线图4 不同温度下I?U曲线图5 不同光强下P?V曲线3改进电导增量MPPT算法建模仿真电导增量法是常用的最大功率点跟踪算法，。采用电导增量法进行最大功率跟踪时并无原理性误差，是一个比较理想的 MPPT 跟踪方法[9]。电导增量法中设定的固定步长较大时，算法跟踪速率较快，但是有比较大的稳态震荡。设定较小的步长时，算法跟踪速率较慢，有比较小的稳态震荡。为了能兼顾跟踪速率快和较小的稳态震荡，采用变步长的电导增量法。令步长d=A|dp/du|，当dp/du&0时，U=U+d；当dp/du&0时，有U=U-d[7?8]。根据经验设定参数A=0.000 1。在Matlab环境下搭建梯度电导增量算法模型见图7，搭建基于boost电路[9?10]的MPPT仿真模型见图8。图6 不同温度下P?V曲线图7 基于变步长电导增量法模型图图8 基于Boost电路的光伏系统MPPT仿真模型图仿真参数设定Max step size：0.000 01；slover：ode23；Relative tolerance：1e-4；powergui模块：Simulation type=Discrete， Sample time=50e-6；C1=500e-6c；C2=1 000e-6c；R=40 Ω；L=50e-6 H；IGBT和二极管D取默认参数；仿真时间为0~0.6 s，阶跃模块实现在0.3 s由S=1 000 W/m2跳变为S=800 W/m2，光伏电池输出电压及负载功率仿真波形见图9和图10。结合图9和图10，外界环境变化时，光伏电池输出电压分别稳定在34.5 V和32.5 V附近，负载功率接近光伏电池的最大功率120 W和96 W。4结语本文在Matlab环境下搭建了光伏电池实用仿真模型，仿真结果与理论分析相吻合。建立基于改进的电导增量法MPPT仿真模型，结果表明新算法可以较好地实现最大功率跟踪。 图9 光伏电池输出电压图图10 光伏系统负载功率图 参考文献[1] 于晓燕，崔爱红.我国太阳能利用的现状、问题与对策[J].科技信息，2011（3）：52?53.[2] 王立乔，孙孝峰.分布式发电系统中的光伏发电技术[M].北京：机械工业出版社，2010．[3] 赵颖.独立运行光伏发电系统的研究[D].大连：大连理工大学，2009.[4] 胡德安，韩新峰，彭莉萍，等.基于Matlab/Simulink的光伏模糊最大功率点跟踪控制的研究[J].工业控制计算机，）：39?43.[5] 汤强，薛太林.基于Matlab/simulink的光伏组件建模仿真[J].通信电源技术，）：38?39.[6] 茆美琴，余世杰，苏建徽.带有 MPPT 功能的光伏阵列 Matlab 通用仿真模型[J].系统仿真学报，）：.[7] MEI Qiang， SHAN Ming?wei， LIU Li?ying， et al. A novel improved variable step size incremental resistance MPPT method for PV systems [J]. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2011， 58（6）： .[8] 黄舒予，牟龙华，石林.自适应变步长MPPT算法[J].电力系统及其自动化学报，）：26?30.[9] 张翔，王时胜，余运俊，等.基于电导增量法MPPT仿真研究[J].科技广场，2013（7）：60?64.[10] NEWLIN D J S， RAMALAKSHMI R， RAJASEKARAN S. A performance comparison of interleaved boost converter and conventional boost converter for renewable energy application [C]//2013 IEEE International Conference on Green High Performance Computing：Nagercoil， India： ICGHPC， 2013： 1?6.
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