带有 MPPT 功能的光伏阵列 Matlab 通用仿真模型

系统仿真学报 Vol. 17 No. 5JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION May 2005• 1248 •带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型茆美琴苏建徽ºÏ·Ê230009ºÏ·Ê 230009基于光伏模块直流物理模型开发了光伏阵列通用仿真模型可以模拟任意太阳辐射强度光伏模块参数此外MPPT¿ÉÒÔÓÃÓÚ¹â·ü·¢µçϵͳºÍ·ç¹â¸´ºÏ·¢µçϵͳµÄ¶¯Ì¬·ÂÕæ光伏阵列特性MPPT1004-731X (2005) 05-1248-04中图分类号AV ersatile Matlab Simulation Model for Photovoltaic Arraywith MPPT FunctionMAO Mei-qin, YU Shi-jie, SU Jian-hui(1Institute of Energy Research, HeFei University of Technology, Hefei 230009, China;2 Research Center for Photovoltaic System Engineering, Ministry of Education, Hefei 230009, China)Abstract: A Versatile simulation model for photovoltaic array is developed based on the DC physical model of photovoltaic module under Matlab environment. By the modelcharacteristic of photovoltaic array; photovoltaic grid connected system; MPPT; Matlab simulation引言太阳能是当今发展速度居第二位的能源更是以30%以上的速度增长太阳能光伏发电的发展趋势是由小型独立户用系统向大型并网系统发展光伏电站输出的电能波动很大其输出功率的波动对电网的影响不容忽视已成为国际上大规模光伏并网电站应用领域的研究热点过去大多是按照准稳态理论来对系统各部件建模[1~2]´Ó¶ø¶ÔϵͳµÄ³¤ÆÚÎÈ̬ÐÔÄܽøÐÐÆÀ¼ÛÉÏÊöÄ£ÐͲ»ÄÜ·´Ó³µ±Ì«ÑôÄÜ·øÉäÇ¿¶È¹â·üµçÕ¾ÔËÐÐ״̬µÄ˲̬±ä»¯ÒÔ¼°ÕâÖֱ仯¶ÔµçÍøµÄÓ°Ïì光伏阵列是分布式光伏并网电站系统的关键部件环境温度和光伏模块参数的非线收稿日期2005-01-25基金项目:国家十五攻关课题茆美琴(1961-), 女, 安徽芜湖人, 副研究员, 博士生, 研究方向为太阳能及风能发电系统CAD; 余世杰(1934-), 男, 江苏常熟人, 教授, 博导, 研究方向为光伏技术理论; 苏建徽(1964-), 男, 安徽合肥人,教授,研究方向为电力电子与电力传动在新能源发电系统中的应用要实现光伏发电系统的动态仿真该模型一旦建立简化的做法是把光伏阵列直接等效为直流电压源环境温度变化和光伏阵列参数的变化目前国内还未见公开发表的文献但所建模型主要针对特定的光伏模块[3~4]Matlab/simulink 仿真工具可用于复杂系统或离散的或混合型的由于其强大的功能和方便而日益受到人们的重视基于光伏模块直流物理模型该模型考虑了环境温度光伏阵列串并连数如标准条件下太阳电池的短路电流最大功率点电压电压温度系数对I-V特性的影响MPPT±¾Îĸø³öÁ˸ÃÄ£ÐÍÔÚµ¥Ïà¹â·ü²¢Íøϵͳ·ÂÕæÖеľßÌåÓ¦ÓÃʵÀýÓÉÓÚͨÓÃÐÔÇ¿¹â·üË®±Ãϵͳ)或风光复合发电系统的动态仿真电流I功率PVol. 17 No. 5May 2005 茆美琴, 等图2所示P – V随太阳辐射变化而变化的规律由图可以看出太阳电池I-VÓëÌ«Ñô·øÉäÇ¿¶È图1 典型光伏电池I-V, P-V特性随太阳辐射强度变化曲线图2 典型光伏电池P-V特性随温度变化曲线2 光伏阵列通用仿真模型在实际应用中组合成MÆäÖÐM ²¢ÁªÊýÒò´Ë¾ÍÊÇʵ¼ÊÐèÒªµÄÌØÐÔ任意太阳辐射强度R m-2CÌ«Ñôµç³ØζÈTc为R为光伏阵列倾斜面上的总太阳辐射degw--1为太阳电池模块的温度系数I sc为短路电流refTÒ»°ãȡΪ1kW/m2C;αµçÁ÷±ä»¯Î¶ÈϵÊýCβµçѹ±ä»¯Î¶ÈϵÊýCsROhms由下式决定[4]refmrefocrefmrefscrefmrefprefspsIVVIIANNRNNR,,,,,,/))1ln((+−−== (9)3cref ocref sVocrefcrefIscLrefV NTATI−+=−εµµ (10)其中:材料带能,¹â·üÕóÁÐ×î´ó¹¦ÂʵãµçѹºÍµçÁ÷;I sc,ref, V oc,ref:参考条件下V,oc, ¹â·üÕóÁпªÂ·µçѹºÍ¶Ì·µçÁ÷ζÈϵÊý;N s:光伏阵列各模块的单元串联数;N: 光伏阵列模块的串联数T c,refÒ»°ãÉ趨Ϊ25 C¼°»·¾³Î¶ÈÏµĹ¦ÂÊΪVDIeCIIVP oc VCDVVsc)))1(1((21+−−==−(11)由极值条件)/())1(1(21122=−+−−−−ocVCDVVscVCDVVscVCeCVIDIeCI ococ (12)上式是个超越方程2211212212kockoc'''k k k kV DIC Vkscock V DIkC Vscoc ocV V P(V)/P(V)I V(I C e)C VVCV()(I e)C V C V+−−=−+−=−+−(13)当|V k+11时V k+1上式中1次和第k次迭代值1为迭代精度(V k)分别是第k次迭代下P对V的一阶和二阶导数得I max,maxmaxmaxIVP⋅=3 光伏阵列Matlab通用仿真模型基于上述数学模型利用simulink工具, 并结合编写S函数图3为光伏阵列Matlab仿真模块内部结构sfunpv为S函数环境温度下太阳电池的最大功率电电压V mp和电流I mpVol. 17 No. 5系统仿真学报 May 2005 • 1250 •块外观Ｒ太阳辐射强度和光伏阵列的工作电压根据系统是否带有MPPT输出电流可以是I mp或对应V pv的实际阵列电流I out; V mp为光伏阵列最大功率点的电压; d为接地点T ref a I sc I m MPPT等参数得图5所示用户交互界面从而构成不同I-V特性的光伏阵列 图5 光伏阵列Matlab仿真模型用户设置参数界面图6 单相光伏并网Matlab仿真模型4 光伏阵列Matlab通用仿真模型在光伏并网系统中的应用把上述光伏阵列Matlab通用仿真模型该系统的Matlab模型如图6所示系统输入电源为本文所建立的光伏阵列模块ＡＣ逆变模块为Matlab自带的通用逆变桥其中在t=1sÌ«Ñô·øÉäÇ¿¶È·Ö±ð´Ó1000W/m2降至800W/m2和600W/m2图8为逆变器图7 光伏阵列输出电流随太阳辐射强度的变化输入端的电压随太阳辐射强度的变化情况因此图9为逆变器并网电压从图中可以看出并网电压基0波幅值不变图8逆变器输入端的电压随太阳辐射强度的变化图9 逆变器并网电压图4 光伏阵列Matlab仿真模型封装图3 太阳阵列Vol. 17 No. 5May 2005 茆美琴, 等Ｖ特性除了与光伏电池模块参数及模块串并联方式有关以外太阳辐射强度有关实时模拟其I±¾Îĸù¾Ý¹â·üµç³ØµÄÎïÀíÊýѧģÐÍ¿ª·¢Á˹â·üÕóÁеÄMatlab通用仿真模型利用上述模型可以动态跟踪环境温度对任意组合的光伏阵列的I³ýÁËÊÊÓÃÓÚÌ«ÑôÄܲ¢ÍøϵͳÒÔÍâ¹â·üË®±Ãϵͳ)或风光复合发电系统的动态仿真有关最大功率点的跟踪因而仿真时间花费较长参考文献:[1] J.G.McGowan and J.F.Manwell. Hybrid Wind/PV/Diesel PowerSystems Modeling and South American Application s[C]. WREC1996.[2] 茆美琴苏建徽. 风/光复合发电系统变结构仿真建模研究[J].系统仿真学报融合后系统状态不确定性的基本概率赋值下降到0.0006´Ëʱϵͳ¹ÊÕÏ´¦Àí´ëÊ©¼°²½ÖèÈç¹ûij¸ö×ÓϵͳÕý³£4.3 评估结果的评价每种方法测试200个相同的样本由于模糊综合评判方法的隶属度为领域专家主观确定为此本文方法的基本概率分配函数值为神经网络与领域专家共同确定提高了评估的准确率经过神经网络使态势评估系统能够较好地模拟人类专家的逻辑思维和形象思维能力避免或减少了漏诊及错诊提高了评估的准确率和解释能力较好地实现了复杂系统的模型共享及模型重用信息融合系统的工程化提供了重要的提示[1] Miao, A.X, Zacharias, G.L. A computational situation assessmentmodel for nuclear power plant operations[J]. IEEE transactions on systems, man, and cybernetics. Part A, 1997½ðÖ¥ÕÔº£. 基于信息融合思想的通用水电仿真系统[J].系统仿真学报, 2002, 12(10): 1344-1347.带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型作者：茆美琴， 余世杰， 苏建徽， MAO Mei-qin， YU Shi-jie， SU Jian-hui作者单位：合肥工业大学能源研究所,合肥,230009;教育部光伏系统工程研究中心,合肥,230009刊名：系统仿真学报英文刊名：JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION年，卷(期)：2005,17(5)被引用次数：59次1.Platon Baltas The Arizona University Photovoltaic Designer Program(ASUPVD) 19962.Viorel Badescu Dynamic model of a Complex System Including PV Cells,Electric Battery,Electrical Motor and Water Pump 2003(12)3.A ZAHEDI Development of An Electrical Model For A PV/Battery System for Performance Prediction 1998(01)4.茆美琴;余世杰;苏建徽风/光复合发电系统变结构仿真建模研究[期刊论文]-系统仿真学报 2003(03)5.J G McGowan;J.F.Manwell Hybrid Wind/PV/Diesel Power Systems Modeling and South American Applications 19961.周龙华.王飞光伏并网功率调节系统的输出电流无静差跟踪控制[期刊论文]-中山大学学报（自然科学版） 2011(1)2.王博.李安.向铁元.张均三相光伏并网系统的运行控制研究[期刊论文]-电力科学与工程 2011(1)3.王宁.翟庆志.徐亮一种中小型光伏系统MPPT的算法研究[期刊论文]-现代电子技术 2010(6)4.吴红斌.陶晓峰.丁明光伏并网发电系统的MPPT-电压控制策略仿真[期刊论文]-农业工程学报 2010(1)5.张峥.南海鹏.余向阳.窦亚菲基于Matlab/Simulink的两级式光伏并网系统仿真分析[期刊论文]-可再生能源 2010(1)6.朱丽娟基于STM32F103的光伏电池阵列模拟器设计[期刊论文]-应用科技 2010(8)7.刘春艳.王树东.余生才.唐岩.张海峰.李文秀基于逐次逼近法的光伏电池MPPT的仿真分析[期刊论文]-青海大学学报（自然科学版）2010(4)8.刘刚太阳能光伏阵列数学模型的综述[期刊论文]-科技信息 2010(4)9.刘莉.张彦敏一种扰动观察法在光伏发电MPPT中的应用[期刊论文]-电源技术 2010(2)10.吴胜阳基于FPGA的自适应光伏发电系统MPPT控制方法[期刊论文]-新乡学院学报（自然科学版） 2010(2)11.韦昊冰基于Matlab的独立光伏系统的研究[期刊论文]-通信电源技术 2010(6)12.肖俊明.王东云.李燕斌.焦凌云基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(15)13.徐维并网光伏发电系统数学模型研究与分析[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(10)14.陈广华.杨海柱基于模糊控制的光伏系统MPPT[期刊论文]-电气技术 2010(5)15.刘翼.荆龙.童亦斌基于Simulink的光伏电池组件建模和MPPT仿真研究[期刊论文]-科技导报 2010(18)16.常超.南海鹏.余向阳三相电压型光伏并网装置控制策略的研究[期刊论文]-计算机测量与控制 2010(9)17.郭天勇.赵庚申.赵耀.程如岐.赵二刚.祁超基于风光互补的微网系统建模与仿真[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(21)18.吴茜琼.常晓颖基于Matlab/Simulink的太阳能电池特性分析[期刊论文]-华北水利水电学院学报 2010(5)19.聂鑫.姚国兴基于S函数的光伏组件建模与仿真[期刊论文]-电源技术 2010(7)20.邹建章.陈乔夫.张长征光伏逆变器综合性能测试平台研究[期刊论文]-电测与仪表 2010(8)21.杨秀.臧海洋.舒海莲.刘莎.周宏辉基于BOOST电路的PV最大功率点追踪仿真[期刊论文]-上海电力学院学报 2010(6)22.吴红斌.蔡亮可再生能源分布式发电系统的经济调度[期刊论文]-农业工程学报 2010(12)23.吴红斌.蔡亮可再生能源分布式发电系统的经济调度[期刊论文]-农业工程学报 2010(12)24.邓赞高.胡立伟.杜长泉太阳能光伏并网发电系统仿真研究[期刊论文]-可再生能源 2010(6)25.翟津川.黄梅光伏阵列三相并网仿真模型[期刊论文]-电子设计工程 2010(12)26.吴红斌.陶晓峰PSCAD/EMTDC在分布式发电仿真中的应用[期刊论文]-电气电子教学学报 2010(6)27.姚为正.芦开平.王林单相太阳能光伏并网发电系统的仿真研究[期刊论文]-电源技术 2010(11)28.高吉磊.贺明智.郑琼林天气变化时光伏并网系统MPPT算法的仿真研究[期刊论文]-系统仿真学报 2010(4)29.邓栋.易灵芝.李明.姚哲之.颜志刚基于S-函数光伏阵列最大功率追踪的控制策略[期刊论文]-湖南工业大学学报 2009(5)30.谢磊.余世杰.王飞.马利明光伏水泵系统配置优化的实验及仿真研究[期刊论文]-太阳能学报 2009(11)31.谢磊.余世杰.王飞.马利明光伏水泵系统配置优化的实验及仿真研究[期刊论文]-太阳能学报 2009(11)32.基于PSCAD的光伏阵列和MPPT控制器的仿真模型[期刊论文]-电力系统保护与控制 2009(19)33.王章权.陈友荣基于PSIM和Simulink的光伏发电系统协同仿真[期刊论文]-机电工程 2009(10)34.任航.叶林太阳能电池的仿真模型设计和输出特性研究[期刊论文]-电力自动化设备 2009(10)35.王越.王念春.时斌太阳能光伏电池阵列仿真模型的研究[期刊论文]-电工电气 2009(10)36.赵磊.陈歆技.闫庆开.崔伯峰光伏系统最大功率点追踪的一种改进方法及其仿真[期刊论文]-电工电气 2009(9)37.胡安平.谭兴太阳电池板的建模仿真与微扰并网电流的MPPT实现[期刊论文]-太阳能 2009(5)38.易灵芝.王根平.彭寒梅.邹晓.何素芬单相光伏并网逆变器的两种定频滞环电流控制算法研究[期刊论文]-计量与测试技术 2009(4)39.陈晓高.付青.余世杰基于自抗扰控制的光伏并网功率调节系统[期刊论文]-中山大学学报（自然科学版） 2009(2)40.张蔚.唐金诚.杨奕单相光伏并网逆变器滞环电流跟踪控制的研究[期刊论文]-南通大学学报（自然科学版） 2009(1)41.罗晓英.谢利理.晁宁基于太阳光照模型的最大功率点跟踪算法[期刊论文]-计算机测量与控制 2009(2)42.程军.王智灵.陈宗海基于电压直接控制的光伏系统最大功率点跟踪策略[期刊论文]-电子技术 2009(7)43.石新春.张玉平.陈雷一种基于超级电容器储能的光伏控制器的实现[期刊论文]-现代电子技术 2008(21)44.春兰.王生铁.刘广忱独立运行光伏发电系统电流环自适应给定的MPPT控制[期刊论文]-内蒙古工业大学学报（自然科学版） 2008(3)45.王秦伟.陈照章.徐晓斌.黄永红农用光伏水泵最大功率的跟踪方法[期刊论文]-农机化研究 2008(10)46.杨秀.臧海洋.舒海莲.刘莎.周宏辉基于BOOST电路的PV最大功率点追踪仿真[期刊论文]-上海电力学院学报 2010(6)47.乔兴宏.吴必军.王坤林.吝红军基于模糊控制的光伏发电系统MPPT[期刊论文]-可再生能源 2008(5)48.赵希.陈歆技光伏系统最大功率点追踪的一种改进方法[期刊论文]-江苏电器 2008(10)49.ZHANG Yu.张宇翔.LING Fei基于DSP控制的光伏电池模拟器的设计[期刊论文]-微计算机信息 2008(20)50.韩朋乐.黄建国数字式光伏阵歹模拟器的设计研究[期刊论文]-电子元器件应用 2008(11)51.张玉平.石新春.陈雷光伏系统最大功率跟踪控制的仿真研究[期刊论文]-灯与照明 2008(4)52.乔兴宏.吴必军.邓赞高.游亚戈模糊/PID双模控制在光伏发电MPPT中应用[期刊论文]-电力自动化设备 2008(10)53.刘邦银.段善旭.康勇局部阴影条件下光伏模组特性的建模与分析[期刊论文]-太阳能学报 2008(2)54.宫鑫.宋稳力基于TMS320F28335的光伏电池模拟器设计[期刊论文]-电子元器件应用 2008(3)55.邹晓.易灵芝.张明和.何素芬.谢高生光伏并网逆变器的定频滞环电流控制新方法[期刊论文]-电力自动化设备 2008(4)56.张崇巍.朱丽光伏阵列模拟器的设计及其跟踪策略[期刊论文]-仪器仪表用户 2007(6)57.唐金成.林明耀.张蔚光伏电池阵列模拟器的研究[期刊论文]-江苏电器 2007(6)58.周德佳.赵争鸣.吴理博.袁立强.孙晓瑛基于仿真模型的太阳能光伏电池阵列特性的分析[期刊论文]-清华大学学报(自然科学版) 2007(7)59.房泽平.王生铁小型风电系统变步长扰动MPPT控制仿真研究[期刊论文]-计算机仿真 2007(9)60.王章权.张超.何湘宁基于Pspice模拟行为模型的光伏阵列建模[期刊论文]-计算机仿真 2007(8)61.卢继平.白树华风光氢联合式独立发电系统的建模及仿真[期刊论文]-电网技术 2007(22)62.罗昉.徐鹏威.康勇.段善旭.毛承雄一种光伏系统变步长MPPT策略研究[期刊论文]-通信电源技术 2007(2)63.杜柯.段善旭.刘飞基于Matlab的一种光伏阵列模拟器的研究[期刊论文]-通信电源技术 2006(3)64.吴红斌.陶晓峰PSCAD/EMTDC在分布式发电仿真中的应用[期刊论文]-电气电子教学学报 2010(6)本文链接：/Periodical_xtfzxb200505058.aspx。

第16卷　第3期厦门理工学院学报Vol.16　No.3 2008年9月Journal of Xiamen University of Technol ogy Sep.2008带有MPPT功能的光伏矩阵仿真模型赵　晶(厦门理工学院电子与电气工程系,福建厦门361024)[摘　要]基于光伏矩阵的物理特性,在Si m ulink仿真环境下,设计带有最大功率跟踪技术M PPT仿真算法的光伏矩阵仿真模型,应用于实际的单相光伏并网系统.测试数据表明,仿真模型可以模拟任意参数的光伏阵列、动态跟踪光照强度、环境温度的变化,为光伏发电系统动态仿真提供良好设计平台.[关键词]光伏矩阵;仿真模型;M PPT;光伏发电系统[中图分类号]T M615　[文献标志码]A　[文章编号]1008-3804(2008)03-0053-040　引言太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应,将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统.由于成本高,计算机仿真技术成为研究这类系统的有效手段.实际情况下,太阳光辐射强度不稳定,光伏电池特性容易受环境温度等因素影响,仅仅依靠准稳态理论建立的模型不能反应当太阳能辐射强度、环境温度变化时,光伏电站瞬态变化以及这种变化对电网的影响[1].这就需要建立光伏电站的动态仿真模型.光伏阵列是分布式光伏并网电站系统的关键部件,其I-V特性是太阳辐射强度环境温度和光伏模块参数的非线性函数.要实现光伏发电系统的动态仿真,即需要对作为输入电源的光伏阵列特性进行仿真建模.建立光伏阵列数学模型一般有三种方法:一种是将光伏阵列直接等效为直流电压源[2],这种方法最简单,但不能实时跟踪太阳辐射强度、环境温度变化和光伏阵列参数的变化,无法反应光伏阵列特性;另一种是基于光伏阵列伏安外特性法[3],对开路电压、短路电流以及拟合曲线系数进行修正,使模型特性与实际光伏阵列在不同光照和温度下特性相似,但对温度、光照等的设定较为困难;还有一种是依据物理特性建立光伏阵列数学模型[4],描述光伏阵列内部特性模拟外界环境变化.除了上述的区别,这些模型大多数主要是针对特定的光伏模块,缺乏一定的通用性.本文利用Matlab/Si m ulink仿真软件,考虑实际系统带有的最大功率跟踪功能,依据光伏矩阵物理模型,建立相应通用仿真模型,描述任意参数的光伏电池特性并模拟外界环境变化.由于通用性强,且融合了MPPT(Maxi m u m Power Point Tracking)算法,该模型还可以被推广应用到其它光伏系统(如光伏水泵系统)的动态仿真.1　光伏矩阵数学模型光伏电池I2V特性与太阳辐射强度S和光伏电池温度T有极大关系,即I=f(U,S,T).采用单结晶硅为材料的光伏电池电路原理如图1所示[5].R sh为考虑载流子产生与复合以及沿电池边缘的表面漏电流而设计的等效并联电阻,R s为扩散顶 [收稿日期]2008-04-29 [修回日期]2008-08-29[基金项目]厦门市科技计划指导性项目(3502Z20077005)[作者简介]赵晶(1974-),女,满族,福建福州人,讲师,硕士,从事自动控制理论与技术研究.厦门理工学院学报2008年区的表面电阻、电池体电阻及上下电极之间的欧姆电阻等复合得到的等效串联电阻.由图1的太阳能光伏电池等效电路得出:I =I L -I D -I sh(1) 其中:I 是光伏模块输出电流;I L 是光生电流;I D是流过二极管电流;I sh 是光伏模块漏电流.根据电子学理论,材料物理特性决定的理想二极管太阳能电池I 2V 特性[5]为:I D =I D 0(e D 1/D 2-1)=I D 0{exp [q (V +R s I )/(nkT C )]-1}=I D 0{exp {q (V +R s I )/[nk (T 0+T )]}-1}(2)I sh =(V +R s I )R -1sh (3) 式中:V 是光伏模块输出电压;I D 0是二极管反相饱和电流;q 是电荷电量;n 是二极管性能指数;k 是波兹曼常数;T C 是太阳能电池温度;T 0是绝对零度;T 是外界温度.当太阳电池处于开路状态时,开路电压V OC =nkT C q -1ln (I L I -1D 0+1)(4)由公式(1)～(4)得:I =I L -I D 0(e D 1/D 2-1)-(V +R s I )R -1sh (5)其中:I L =I SC ref [1+h t (T C -T C ref )]S /S ref ;I D 0=I L ×[exp (V OC q /nkT C )-1]-1式中:I SC ref 是参考日照、温度下的短路电流;h t 是太阳电池模块温度系数;T C ref 是参考条件下的基准温度;S ref 是参考条件下的光照强度.在一定参数范围内,理想光伏电池等效串联电阻R s 很小,等效并联电阻R sh 很大,一般工程应用中可忽略不计[6],于是公式(5)简化成:I =I L -I D 0(e D 1/D 2-1)=I L -I D 0{exp [q (V +R s I )/nkT C ]-1}(6) 综合上述推导过程,光伏阵列的数学模型(6)反应出光伏电池受温度影响,和光照强度成正比,输入电流和输出电压之间呈现明显的非线性特性,因此可以用该模型模拟外界条件变化对光伏电池特性的影响,准确反应物理特性,具有较高的仿真精度.2　光伏矩阵最大功率跟踪数学模型光伏阵列在任意太阳辐射强度及环境温度下的功率为P =I V =[I L -I D 0(eD 1/D 2-1)]V =I L V -I D 0{exp [q (V +R s I )/nkT C ]-1}V (7) 由极值条件d P /d V =I +V ×(d I/d V )=0,得:I L -I D 0q nkT C exp [q (V +R s I nkT C ]V -I D 0exp [q (V +R s I )nkT C ]+I D 0=0(8) 利用牛顿迭代法,计算出当|V k +1-V k |<ε时,对应最大功率点的电压值V max .V k +1=V k -P ′(V k )/P ″(V k )(9) 式中V k +1和V k 分别为V 的第k +1次和第k 次迭代值;P ′(V k )和P ″(V k )分别是第k 次迭代P 对V 的一阶和二阶导数;ε是迭代精度.将V max 代入公式(6)得I max ,于是最大功率P max 可由下式求得:P max =V max ・I max(10)3　光伏矩阵仿真模型根据公式(6)～(10),考虑MPPT 仿真算法,利用Matlab 软件的Si m ulink 仿真功能,设计光・45・　第3期赵晶:带有MPPT 功能的光伏矩阵仿真模型伏阵列通用仿真模块.图2是光伏阵列仿真模型内部结构,其中sfun 2mpp t 采用s 函数编程,用来实时求解任意太阳辐射、环境温度下对应的最大功率点电压、电流值.将图2所示的光伏阵列仿真模型封装成Si m ulink 子系统,设计封装参数,建立通用仿真模块.图3是该模块封装后的外观,其中T 、S 为实际环境温度、太阳辐射强度,U +、U -为光伏阵列输出电压,V m 、I m 为光伏阵列最大功率点电压、电流.图4是模块封装后的用户参数交互界面,该界面用于设置模块所需的物理参数,构建具有不同I 2V 特性的光伏阵列.上述模型是根据电子学理论构建的,各种参数的设置为开放式,因此能够模拟外界环境温度、光照强度变化对P V 电池特性的影响,参数可以模拟实际光伏电池,同时模型兼顾MPPT 仿真算法,故该模型具有较高的灵活性、通用性和仿真精度.4　光伏矩阵仿真模型在光伏系统中的应用将带有MPPT 算法的光伏阵列仿真模块用于图5所示的单相光伏并网系统的动态仿真.系统输入电源采用上述光伏阵列模块;控制开关用于调节太阳能能量;利用Si m ulink 模型库中的通用逆变桥构成I G BT 逆变单元;调节器采用参数自寻优的伪微分结构(P DF ———Pseudo 2derivative Feedback ),根据目标函数优化调节器参数,与常规定参数的P I D 调节器应用相比,能够提高响应迅速,有效改善系统稳定性、抗扰性[7].输入图4所示光伏阵列参数,标准温度T =25℃时,不同太阳光辐射强度下光伏系统输出功率变・55・厦门理工学院学报2008年化情况如图6所示.系统利用控制开关调节太阳能量,其脉冲信号的调制比由光伏阵列输出电压、输出电流决定,当太阳辐射强度变化时,并网电流能有效跟随太阳辐射强度的变化而变化.在1120s和2120s 时,光照强度分别从1000W /m 2降低到800W /m 2和600W /m 2,光伏阵列输出功率为对应光照下最大功率点的输出.图7为逆变器输出电流随太阳辐射变化情况,当太阳辐射强度减小时,逆变器输出电流随之减小.此外,系统采用参数自寻优P DF 调节器,电流也能很快跟随光辐射强度的变化,动态性能良好.5　结论研究光伏并网发电系统的关键是实时模拟光伏阵列动态特性.光伏阵列特性除了与光伏电池内部参数有关外,还与环境温度、太阳辐射强度等外界因素有关,是一个多变量高非线性的电源.本文根据电子学理论,在一定工程条件下简化处理光伏电池物理模型,结合迭代MPPT 仿真算法设计光伏矩阵通用仿真模块应用于单相并网系统.仿真测试表明,与大多数仿真模型相比较,该模块能模拟光电池内部物理特性,灵活设计任意参数组合的光伏阵列,模拟I 2V 特性,融合光伏阵列的MPPT 功能,动态跟踪外界环境、太阳辐射强度等变化,为实时动态跟踪最大功率点以及光伏发电系统的研发提供了良好平台.[参考文献][1]赵为.太阳能光伏并网发电系统的研究[D ].合肥:合肥工业大学,2003.[2]沈辉.太阳能光伏发电技术[M ].北京:化学工业出版社,2005.[3]赵争鸣.太阳能光伏发电及其应用[M ].北京:科学出版社,2005.[4]徐鹏威.几种光伏系统MPPT 方法的分析比较及改进[J ].电力电子技术,2007,41(5):325.[5]冯垛生.太阳能发电原理与应用[M ].北京:人民邮电出版社,2007.[6]崔容强.并网型太阳能光伏发电系统[M ].北京:化学工业出版社,2007.[7]赵晶.参数自寻优的伪微分调节器的设计和应用[J ].厦门理工学院学报,2007,1,15(1):31235.A S i m ul a ti on M odel for Photovolta i c Array w ith M PPT Functi onZ HAO J ing(Depart m ent of Electr onic Engineering,Xia men University of Technol ogy,Xia men 361024,China )Abstract:Based on the physical model of P V array,a si m ulati on model is designed in the Si m ulink envi 2r onment,including the si m ulati on arith metic ofMaxi m um Po wer Point Tracking (MPPT ).It is used for a single 2phase grid 2connected phot ovoltaic syste m.The testing results indicate that this model can si m ulate any para me 2ters of the phot ovoltaic module,dyna m ically track any light intensity and a mbient te mperature,and can be used as a design p latf or m for the dyna m ic e mulati on of the phot ovoltaic syste m s .Key words:phot ov oltaic array;si m ulati on model;MPPT;phot ovoltaic generati on syste m・65・。

• 1248 •系统仿真学报 Vol. 17 No. 5JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION May 2005带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型茆美琴，余世杰，苏建徽（合肥工业大学能源研究所，合肥 230009；2教育部光伏系统工程研究中心，合肥 230009）摘要：基于光伏模块直流物理模型，在matlab仿真环境下，开发了光伏阵列通用仿真模型。

利用该模型，可以模拟任意太阳辐射强度、环境温度、光伏模块参数、光伏阵列串并联方式组合下的光伏阵列I-V特性。

此外，该模型还融合了光伏阵列的最大功率跟踪（MPPT）功能，可以用于光伏发电系统和风光复合发电系统的动态仿真。

关键词：光伏阵列特性；光伏并网系统；MPPT；Matlab仿真文章编号：1004-731X (2005) 05-1248-04 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A Versatile Matlab Simulation Model for Photovoltaic Arraywith MPPT FunctionMAO Mei-qin, YU Shi-jie, SU Jian-hui2(Institute of Energy Research, HeFei University of Technology, Hefei 230009, China; Research Center for Photovoltaic System Engineering, Ministry of Education, Hefei 230009, China)Abstract: A Versatile simulation model for photovoltaic array is developed based on the DC physical model of photovoltaic module under Matlab environment. By the model，the I-V characteristics of photovoltaic array with different combinations can be simulated at any corresponding insolation level, ambient temperature and parameters of the photovoltaic module. In addition to that, the model includes the function of Maximum Power Point Tracking(MPPT) . It can be used in the dynamic simulation of photovoltaic systems and wind -solar hybrid systems.Keywords：characteristic of photovoltaic array; photovoltaic grid connected system; MPPT; Matlab simulation引言太阳能是当今发展速度居第二位的能源。

基于MATLAB的光伏模块输出特性及MPPT的建模与仿真虞宝存;张洪亮;朱增军;王伟定【期刊名称】《浙江海洋学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(031)001【摘要】基于光伏模块的等效电路模型,结合simulink中的S函数,建立了光伏电池仿真模型。

利用该模型,可以模拟实际光伏模块产品在不同太阳辐射强度、环境温度下的I-V和P-V特性。

分析了常见的最大功率跟踪（MPPT）方法爬坡法,并建立了仿真模型。

%Based on the data of bottom trawl surveys in Daiquyang during spring （May）, summer （August）, autumn （November） 2010, and winter （February） 2011, the species diversity of shrimps was analyzed. Sweeparea method and analysis of variance were used here. The results indicated that： A total of 13 species of shrimps were caught by bottom trawl, which belonged to 10 genera, of 8 families. Both the biomass and the abundance density of shrimps reached the maximum in autumn, but decreased to the minimum in spring, and the difference in the biomass and number abundance density was significant （P〈0.05）. The relationship btween the biomass and average bottom sea water salinity can be denoted by binary curve （P〈0.01）. Palaemon gravieri was the dominant species for all the year. The Margalef richness index （D）, Shannon-Wiener diversity index （H＇） and Pielou evenness iddex（J＇）were highest in summer and lowest in winter. In addition, the Margalef rich ness index （D） and Shannon-Wiener diversity index （H＇） in summerand autumn were higher than those in winter and spring in Daiquyang, however, which was contrary in the offshore waters, the opposite phenomenon be- tween Daiquyang and offshore waters was mainly due to its response to the seasonal variations of bottom sea water temperature.【总页数】5页(P18-22)【作者】虞宝存;张洪亮;朱增军;王伟定【作者单位】浙江海洋学院海洋与渔业研究所,浙江省海洋水产研究所,农业部重点渔场渔业资源科学观测实验站,浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室,浙江舟山316100;浙江海洋学院海洋与渔业研究所,浙江省海洋水产研究所,农业部重点渔场渔业资源科学观测实验站,浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室,浙江舟山316100;浙江海洋学院海洋与渔业研究所,浙江省海洋水产研究所,农业部重点渔场渔业资源科学观测实验站,浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室,浙江舟山316100;浙江海洋学院海洋与渔业研究所,浙江省海洋水产研究所,农业部重点渔场渔业资源科学观测实验站,浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室,浙江舟山316100【正文语种】中文【中图分类】S932.51【相关文献】1.基于Matlab/Simulink的光伏电池输出特性仿真研究 [J], 唐俊;周海峰;王荣杰;叶晓军2.实用光伏模块及MPPT Matlab仿真模型 [J], 杨宜凡;周玉荣3.基于 Matlab／Simulink 的光伏电池输出特性仿真分析 [J], 张峥;景敏;乔怡4.太阳能电池输出特性与光伏阵列MPPT仿真研究 [J], 唐法雷;李蕴秋;陈诚;5.Z源光伏系统MPPT模块的Matlab仿真设计 [J], 袁浩;吴雷因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

带有MPPT 功能的光伏阵列的通用建模与仿真呼忠权（燕山大学河北省工业计算机控制工程重点实验室，河北秦皇岛066004）【摘要】为了克服单纯用Simulink元件库建立光伏阵列模型过程复杂的缺点，利用光伏阵列输出特性方程和MATLAB/Simulink建立了基于M函数的光伏阵列最大功率控制的通用仿真模型。

将该通用模型用于单相光伏并网系统MPPT中，并在不同光照强度下，对单相并网系统进行仿真实验，仿真结果表明：该模型能快速找到新的工作点，并保持稳定，具有良好的动态特性和强鲁棒性。

关键词光伏阵列特性；光伏并网；MPPT；MATLAB仿真0 前言随着传统能源的日趋枯竭，环境污染等问题日益凸显，太阳能作为一种替代能源的重要地位已不可忽视[1]。

而如何有效的利用太阳能则成为了当今的热门研究课题。

对于光伏发电系统的仿真，通常采用的方法是按照准稳态理论来对系统各部件进行建模。

但在光伏并网发电系统动态性能的研究中，光伏发电站运行时，对于太阳光照强度、环境温度的变化，常规模型很难反映其对电网的影响。

这就需要建立光伏阵列的动态仿真模型[2]。

光伏阵列是分布式光伏并网电站系统的关键部件，其I-U特性是太阳辐射强度、环境温度和光伏模块参数的非线性函数，由于该模型不能实时反映上述参数变化对整个系统性能的影响。

鉴于MATLAB/Simulink仿真工具可用于复杂系统的仿真，利用光伏模块直流物理模型，建立光伏阵列通用仿真模型。

将上述光伏阵列的通用仿真模型用于单相光伏并网系统的动态仿真，进而解决光伏阵列模块建模通用性问题。

1 MPPT通用模型1.1 光伏电池原理太阳能是一种辐射能，可以利用能量转换设备将其转换为电能，这种把光能转换为电能的装置主要是光伏电池。

光伏电池是一种基于光伏效应特性的可以把光能直接转换成电能的半导体器件。

所谓的光伏效应是指某种材料在吸收了光能之后产生电动势的效应。

在气体，液体和固体中均可产生这种效应。

在固体，特别是半导体中，光能转换成电能的效率相对较高。