光伏电池的建模与仿真

含蓄电池储能的光伏并网发电系统的建模与仿真董旭柱1，雷金勇1，饶宏1，黄晓东2，刘怡1，李鹏3（1.南方电网科学研究院，广州 510080；2.南方电网调峰调频发电公司，广州 510630；3.天津大学电力系统仿真控制教育部重点实验室，天津 300072）摘要：光伏发电是指利用光伏电池板将太阳光能转化为电能的直接发电方式。

近年来，太阳能光伏发电已成为一种重要的分布式发电形式。

与此同时，光伏发电受光照和温度等外界条件的影响较大，其功率输出具有较强的间歇性和随机性，因此实际中通常需要配置一定的储能装置以改善整个系统的动态和静态特性。

通过对光伏-蓄电池混合发电系统进行暂态建模与仿真研究，分析了储能在光伏发电中的作用。

关键词：光伏发电；储能技术；混合仿真系统；最大功率点追踪；建模Modeling and Simulation of Grid-connected HybridPhotovoltaic/Battery Distributed Generation SystemDONG Xuzhu1, LEI Jinyong1, RAO Hong1,HUANG Xiaodong2, LIU Yi1, LI Peng3(1.Electric Power Research Institute, CSG, Guangzhou 510080, China; 2.China Southern Power GridPower Generation Company, Guangzhou 510630, China; 3.Key Laboratory of Power SystemSimulation and Control of Ministry of Education, Tianjin University, Tianjin 300072, China)Abstract: Photovoltaic (PV) generation is the technique which uses photovoltaic cell to convert solar energy to electric energy. Nowadays, PV generation is developing increasingly fast as a renewable energy source. However, the disadvantage of PV generation is intermittent for depending on weather conditions. Thus, the battery energy storage is necessary to help to get a stable and reliable output from PV generation system for loads and to improve both steady and dynamic behaviors of the whole generation system. The paper analyses the role of energy storage in photovoltaic generation system based on the modeling and simulation of grid-connected hybrid photovoltaic/battery distributed generation.Keywords: photovoltaic generation, energy storage technology, hybrid simulation, maximum power point tracking, modeling作者简介：董旭柱（1970—），男，陕西人，高级工程师，博士，从事智能电网方面的研究和管理工作；E-mail: dongxz@1 引言寻求新型能源、实现洁净无污染且可再生发电，是人类社会持续健康发展的迫切需求。

2 建模与仿真
本模型采用两级拓扑式结构，其 DIDSILENT 模型如下图 11 所示。其中：Extend Grid 为外部电网； Line2 与 Line 为与外部电网连接的交流线路，额定电压 3kV；AC2 为太阳能光伏电池的并网点母线，额 PWM U1 为逆变器， 定电压 3kV； 容量 4MW； 母线 DC 及电容 C1 为直流母线及直流电容， 额定电压 0.4kV； DC/DC Converter 为 boost 直流斩波电路；可控电流源 DC-Current 用于模拟太阳能光伏电池，电流基准 值取为 1A。
由上面介绍的网侧变流器矢量控制原理可 知，需要进行电网电压定向，可以利用一锁相环 （PLL）来确定电网电压的方向。网侧变流器控 [11] 制系统 如图 10 所示。
vcap v
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ed −ω1Liq * ud
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* iq
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ω1 Lid
图 3 网侧变流器控制系统结构图
图 1 光伏发电系统
光伏电池发出的电为直流电，需要经过逆变 器转换成交流电才能进入配电网。目前较广泛应 用的是无变压器方式的变流器结构，即两级式的 变流器拓扑结构，该结构进一步减小了变流器的 体积、降低了成本、提高了电站的传输效率。由 于光伏阵列的输出直流电与升压电路连接，使光 伏阵列在工作条件快速变化引起输出电压大幅变 化时， 逆变器的直流输入电压仍能保持基本稳定， 保证逆变器工作正常。并网逆变器将光伏阵列输 出的直流电转换为与电网电压同频同相的交流 电，采用 SPWM 控制。 1.2 光伏电池数学模型 太阳电池的基本特性和二极管类似，可用简 单的 PN 结来说明。理想 PN 结单元太阳电池的 电流-电压(I-V)的关系式如下：

局部遮挡下光伏电池的数学建模与仿真研究李正明;方聪聪;张国松;刘亮【摘要】在局部遮挡条件下,光伏阵列I-V输出特性呈阶梯状,P-V输出特性含多个局部峰值.以光伏电池工程数学模型为基础,对光伏电池的串联、并联以及串并联形成阵列进行了深入的研究,建立了对应的数学模型,并理论上探究了功率最大点出现的位置以及多功率最大点产生机理.通过计算机仿真验证了理论推导的正确性,得出局部遮挡下光伏阵列的输出特性是由光照强度、遮挡模式、阵列格局等共同决定的结论.%Under partially shading condition,I-V output characteristics of photovoltaic(PV) array is in stair stepping and P-V output has multiple local peaks.Based on engineering mathematic model of photovoltaic cell,the output characteristics of series array,parallel array and series-parallel photovoltaic array were studied.Then the location of the maximum power point and maximum power point mechanisms were theoretically explored and the corresponding mathematical model was established.The correctness of theory was verified by computer simulation.It's concluded that the output characteristics of PV array are commonly determined by illumination,shading mode and distribution of PV arrays.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)001【总页数】4页(P71-74)【关键词】局部遮挡;数学模型;输出特性;光照强度;遮挡模式【作者】李正明;方聪聪;张国松;刘亮【作者单位】江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013;江苏大学电气信息工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】TM914世界范围内一次能源的日益枯竭及其带来的温室效应、环境污染等问题，迫使人们亟待寻求缓解能源危机和环境压力的方法。

究 方 向 为 电力 系 统 运 行 控 制 、 能 源 新
发电 。
Ｓ ｍ ｕｌ ｔｏ ｏ ｕ ｐ ａ ｕ ｅ ｆＭ ｏ ｌ ｆ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ ｒ Ｏ ｔ ｕｔＦｅ ｔ ｒ ｓｏ ｄｅｉ ｏ ｎｇ
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Ｗ Ｎ ｉ ， Ｊ Ｎ ｅｇ， Ｚ Ｏ ｉ ｙ ｏ Ａ ＧＱｎ Ｉ ＧＦｎ Ａ Ｈ ＮＧ Ｑｎ ａ ｇ
ｄ — ｅ ｔ＝ ｆ
（） ５
（） ６
图 ２ 模型参数设置对话框
式中
０ — 电流 变化温 度 系数 —
６ ——电压变化温度系数 尺——光伏阵列的 串联 电阻受光 伏组件的
串 、 联数 影 响 ， 并 一般 只 有几 Ｑ
— —
卜
— —
光伏模块的工作 电压 光 伏模 块 的输 出 电流
由图 ５可见 ， 输出的 尸一 特性曲线是一个
低压 电器（ ０ １ ｏ １ ２ １ Ｎ ．０）
・ 研究与分析 ・
单 峰 曲线 ， 因此 ， 于一定 的太 阳辐射 强度 和环 境 对 温 度下 找 出其最 大 输 出功 率 ， 提 高太 阳能 电池 对 的利用 率是 很有 意 义 的。 为 了进 一 步验 证 该 模 型 的适 用 性 和有 效 性 ， 运 用上 述仿 真模 型 ， 对光 伏模 块 Ｓ Ｐ７ —４ Ａ Ｔ １５２／ ｃ进 行 仿 真分 析 。在标 准参 考 条 件 （ Ｒ＝１ ０ ｍ ， ０Ｗ／ ０
＝
电池通 用数 学 仿 真模 型 ， 能模 拟 参 数 变 化 时 输 出 量 的 变化 。通 过实 际太 阳能 光伏 电池 生产 企业 提
供的数据 ， 证明了该仿真模型的合理性与实用性 ，

第２ 期
制和并 网电流 的正弦化以及单位功率因数的并 网控
制 。最后 ， 将光 伏 并 网接人 到 电力 系 统 的 配 电 网络
中， 结合算例 ， 仿真研究 了 日 照强度 、 环境温度、 控制
＿ １ Ｉ ｄ ｄ ／ ／ Ｉ ｄ ／ ｄ ＇ Ｉ ｌ ｌ ＇
＿
Байду номын сангаас
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策略等 因数变化时， 光伏阵列的仿真结果 。
（ ） － 光伏阵列 的仿真模型 － 光伏 阵列是 由若干光伏电池根据负载需要 ， 经 过 串、 并联组成。设在参考条件 （ 日照强度 、 环境温
度 ） ， 伏 阵 列 的 短 路 电流 为 Ｉ ｒｆ开 路 电压 为 下 光 ｓ ｅ， ｃ Ｖ ｃｅ， 最 大 功 率 点 电 流 和 电压 分 别 为 Ｉ ｅ 和 ｏｒｆ ｍｒｆ
２ １ 年第 ２ ０２ 期 安 徽 电子 信 息 职 业 技 术 学 院学 报 Ｎ ． ２ １ ｏ ０ ２ ２ １ 卷（ １ 总第 ５ 期）ＪＲＬ Ａ Ｕ Ｏ Ｔ Ａ ＯＥ Ｏ ＬＴ Ｎ ＆ ＦＭ Ｉ ＴＨ Ｌ Ｙ ｅｅ ｌ ｏ ９Ｖ １ ９ ＯＮ Ｏ Ｎ Ｉ ＣＩ Ｌ ＬＧ Ｆ ＥＲ Ｉ ＩＯ ＡＯ ＥＮ Ｏ ｎｒ ． ｏ １ ＵＡ Ｆ Ｈ Ｖ Ａ Ｎ ＣＬＥ ＥＣＯＣ Ｎ Ｒ Ｔ Ｃ Ｏ Ｇ Ｇ ａ Ｎ ５ Ｏ Ｓ Ｎ ．１
【 文章编 号】 ６ ８２ （０ ２０ —０ ０ ０ １７ －０ Ｘ２ １）２ ０ １— ９ １
三相光伏并网发电系统的建模与仿真
陶晓峰 ， 谢
（ 国联 合 工程 公 司， 浙江 中
君
杭州 ３ ０ ２） １０２
［ 摘
要］ 本文 系统地介 绍 了三相光伏并 网发 电系统的建模与仿 真。根据光伏阵列的等效 电路 ， 在

光伏电站仿真建模试验流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。

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（完整版）光伏发电的MATLAB仿真⼀、实验过程记录1.画出实验接线图图1 实验接线图图2 光伏电池板图3 实验接线实物图2.实验过程记录与分析（1）给出实验的详细步骤○1实验前根据指导书要求完成预习报告○2按预习报告设计的实习步骤，利⽤MATLAB建⽴光伏数学模型，如下图4所⽰。

图4 光伏电池模型其中PV Array模块⾥⼦模块如下图5所⽰。

图5 PV Array模型其中Iph，Uoc，Io，Vt⼦模块如下图6-9所⽰。

图6Iph⼦模块图7Uoc⼦模块图8 Io⼦模块图9Vt⼦模块○3在光伏电池建模的基础上，输⼊实际光伏电池参数值，研究不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线，并得出结论。

○4设计光伏电池测试平台，在不同光照、温度情况下测试光伏电池输出电压、输出电流值，对实测数据进⾏处理并加以分析，记录实际光伏电池的I-V、P-V特性曲线，与仿真结果进⾏对⽐，得出有意义的结论。

○5确定电⼒变换电路拓扑结构，设计电路中的相关参数值，通过MATLAB搭建电路并仿真分析，搭建电路如图10所⽰。

图10离⽹型光伏发电系统○6确定系统MPPT控制策略，建⽴MPPT模块仿真模型，并仿真分析。

系统联调，调节离⽹型光伏发电系统的电路和控制参数值，仿真并分析最⼤功率跟踪控制效果。

（2）记录实验数据表1当T=290K时S=1305W/m2时的测试数据表2当T=287K时S=1305W/m2时的测试数据表3当T=287K时S=1278W/m2时的测试数据⼆、实验结果处理与分析1.实验数据的整理和选择使⽤MATLAB软件其中的simulink⼯具进⾏模型的搭建。

再对其进⾏仿真，得到仿真曲线。

使⽤Excel表格输⼊实验所测得U、I、P，在对其⾃动⽣成I-V，P-V曲线。

2.绘制不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线；图11 I-V曲线图12 P-V曲线当T=290K时S=1305W/m2时的测拟合曲线图13 I-V曲线图14 P-V曲线当T=287K时S=1305W/m2时的拟合曲线图15 I-V曲线图16 P-V曲线当T=287K时S=1278W/m2时的拟合曲线3.所得实验数值和预习所得理论值⽐较，进⾏实验结果的误差分析所得实验数值和预习所得理论值⽐较，仿真波形开路电压均⽐实验所得的开路电压⼤，仿真波形最⼤功率也⽐实验所得最⼤功率⼤，所取得最⼤功率值对应的电压值也是仿真时⽐实验时的⼤，造成这个现象的原因有以下⼏点：（1）由于天⽓原因，真实测试环境的光照强度有些不稳定，前后变化幅度明显，这也导致了⼀部分的误差。

扰 动观 察 法 （ Ｐ ｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｂ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｏｂ ｓ ｅ ｒ ｖ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
．
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， ：Ｉ ｏ ｅ ｘ ｐ （ ｍＵ
－ ｏ ｃ ．（ ） １ ６）
Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ，Ｐ ＆Ｏ１ 因其结 构简单 ，对传 感器 的精
ｎ
为 能 够 系 统 地 研 究太 阳 能 电 池 的 性 能 及 其 受 光 照 和 温 度 的 影 响 ，我 们 通 过 厂 家提 供 的
相 关参数搭建光伏 电池模型 。为求得仿 真模 型
的 参 数 ，将 式 （ １ ． ２ ）简化为：
！
Ｊ ｒ Ｐ
：
， ｐ ＾ 一Ｉ ｏ ［ ｅ
在最 大 功 率点 处，Ｉ ｐ ｖ ＝ Ｉ ，Ｕ ｐ ｖ ＝ Ｕ ，代 入
式 （ １ ． ５ ）得 ：
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］ （ １ ． ７ ）
动量还是减少扰动量 ，如此反 复测 量比较，直 到工作在最大功率点
将 代 入 。综 合 式 （ １ ６ ）， （ １ ． ７ ）得 ：
Ｉ 。 为 光 生 电 流 ，Ｉ 。为 二 极 管 饱 和 电 流，Ｉ 。 为光 伏 电池工 作 电流 ，ｑ为 电子 电荷
１ ． ６×１ ０ 。 Ｃ， Ｕ 。 为 光 伏 电池 工 作 电 压 ，Ｋ 为
先通过太阳能 电池的等效 电路和工作 电压 电流 的关 系式 及厂 家提 供 的相 应参 数，在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ 【 关键词 】光伏 电池 最大功率跟踪 扰动观 察
电力 电子 ● Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ

光伏电池模型及其仿真实现摘要：能源领域中的新能源产业一度崛起并得到了高速的发展，而光伏是清洁能源的重压组成部分之一。

本文从数学角度分析研究了光伏电池模型的机理，将其分成光电电流模块、饱和电流模块、反向饱和电流模块、分流电流模块、输出电流模块五大模块，在数学模型的基础上，基于matlab的simulink对光伏电池模型进行仿真实现，根据输出电压电流以及功率图像分析，该电池模型具有良好的拟合度，与工程实际的太阳能电池输出一致，模型为研究光伏发电功的相关仿真实验提供了平台支持。

关键字：光伏电池；模型；仿真；拟合度引言光伏系统在可再生能源发电系统中是最成熟的技术之一，具有电力可扩展，安装简单，维护量少和模块化等优点。

美洲、日本和德国较早的光伏产业发展一直走在世界前列，而中国的光伏产业近年来发展迅速，“十四五”发展计划以来，中国光伏产业得到了迅猛的发展[1-2]，已占据了世界光伏电池产量的一半，太阳能资源由于其取之不尽，用之不竭的特点已经被世界各国所开发利用。

影响其发展的主要因素是国家的能源发展战略以及总体的发电系统运行投入成本。

从经济性的角度来看，太阳能资源获得容易，发电成本较低，在未来的很长时间里都可以作为新能源并网发电工程中的中坚力量[3]。

随着技术的进步，太阳能光伏未来很有可能成为人类的主流能源利用形式，因此光伏发电作为太阳能的利用方式成为人类必须要研究的课题[4]。

本文对光伏发电原理进行了探究分析，在matlab中搭建了光伏电池的仿真模型，得到了模型的输出曲线。

用matlab编程对光伏发电功率进行了预测，经探究，光伏发电功率与太阳辐射强度、大气温度、大气湿度有关，本文根据在西藏林芝地区采集的数据，设计了一个太阳能光伏发电功率的预测系统，在已知太阳辐射、大气温度、大气湿度的情况下，可以预测光伏系统的发电功率。

1.光伏电池模型光伏电池作为光伏阵列的最小组成单元，是一种利用半导体“光生伏打”效应将光能直接转化为电能的新型能量转换器[5]。

光伏电池工程用数学模型研究随着可再生能源的日益重视和广泛应用，光伏电池作为一种重要的可再生能源转换设备，其研究和发展具有重要意义。

为了准确模拟光伏电池的性能和行为，需要建立有效的数学模型。

MATLAB是一种强大的数学计算和仿真软件，为光伏电池建模提供了便利。

光伏电池的通用数学模型可以根据物理原理和电路拓扑结构建立。

在物理原理方面，光伏电池利用半导体材料的光电效应将光能转化为电能。

这个过程可以表示为：$P_{in} = P_{out} + P_{loss}$，其中$P_{in}$为输入光功率，$P_{out}$为输出电功率，$P_{loss}$为损失功率。

在此基础上，根据能量守恒定律和半导体方程，可以建立光伏电池的数学模型。

在电路拓扑结构方面，光伏电池可以等效为电压源和电阻抗的组合。

其中，电压源表示光伏电池的开路电压$V_{OC}$，电阻抗表示光伏电池的内阻$R_{s}$。

根据电路原理，可以列出光伏电池的通用数学模型：$V_{OC} = V_{mp} + I_{mp}R_{s}$其中，$V_{mp}$为最大功率点电压，$I_{mp}$为最大功率点电流。

对于一个给定的光伏电池，其$V_{OC}$、$R_{s}$、$V_{mp}$和$I_{mp}$均为工作温度和光照强度等外部参数的函数。

利用MATLAB进行光伏电池建模时，可以根据上述数学模型编写程序代码。

根据物理原理和电路拓扑结构建立数学模型函数，然后使用MATLAB的仿真计算功能对函数进行求解和分析。

例如，可以使用MATLAB的优化工具箱对光伏电池的最大功率点进行寻址和控制，提高系统的效率和稳定性。

MATLAB还可以方便地绘制各种图表和图形来可视化结果，帮助人们更好地理解光伏电池的性能和行为。

基于MATLAB的光伏电池通用数学模型可以有效地模拟光伏电池的性能和行为，为光伏电池的研究和发展提供了有力支持。

光伏电池作为一种清洁、可再生的能源转换设备，已日益受到人们的。

一、实验过程记录1.画出实验接线图图1 实验接线图图2 光伏电池板图3 实验接线实物图2.实验过程记录与分析（1）给出实验的详细步骤○1实验前根据指导书要求完成预习报告○2按预习报告设计的实习步骤，利用MATLAB建立光伏数学模型，如下图4所示。

图4 光伏电池模型其中PV Array模块里子模块如下图5所示。

图5 PV Array模型其中Iph，Uoc，Io，Vt子模块如下图6-9所示。

图6Iph子模块图7Uoc子模块图8 Io子模块图9Vt子模块○3在光伏电池建模的基础上，输入实际光伏电池参数值，研究不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线，并得出结论。

○4设计光伏电池测试平台，在不同光照、温度情况下测试光伏电池输出电压、输出电流值，对实测数据进行处理并加以分析，记录实际光伏电池的I-V、P-V特性曲线，与仿真结果进行对比，得出有意义的结论。

○5确定电力变换电路拓扑结构，设计电路中的相关参数值，通过MATLAB搭建电路并仿真分析，搭建电路如图10所示。

图10离网型光伏发电系统○6确定系统MPPT控制策略，建立MPPT模块仿真模型，并仿真分析。

系统联调，调节离网型光伏发电系统的电路和控制参数值，仿真并分析最大功率跟踪控制效果。

（2）记录实验数据表1当T=290K时S=1305W/m2时的测试数据表2当T=287K时S=1305W/m2时的测试数据表3当T=287K时S=1278W/m2时的测试数据二、实验结果处理与分析1.实验数据的整理和选择使用MATLAB软件其中的simulink工具进行模型的搭建。

再对其进行仿真，得到仿真曲线。

使用Excel表格输入实验所测得U、I、P，在对其自动生成I-V，P-V曲线。

2.绘制不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线；图11 I-V曲线图12 P-V曲线当T=290K时S=1305W/m2时的测拟合曲线图13 I-V曲线图14 P-V曲线当T=287K时S=1305W/m2时的拟合曲线图15 I-V曲线图16 P-V曲线当T=287K时S=1278W/m2时的拟合曲线3.所得实验数值和预习所得理论值比较，进行实验结果的误差分析所得实验数值和预习所得理论值比较，仿真波形开路电压均比实验所得的开路电压大，仿真波形最大功率也比实验所得最大功率大，所取得最大功率值对应的电压值也是仿真时比实验时的大，造成这个现象的原因有以下几点：（1）由于天气原因，真实测试环境的光照强度有些不稳定，前后变化幅度明显，这也导致了一部分的误差。

太阳能光伏电池的性能测评与模型建立随着世界对可再生能源的需求不断增加，太阳能光伏电池作为一种具有广泛应用前景的清洁能源技术，逐渐受到人们的关注与重视。

然而，光伏电池的性能测评与模型建立对于提高其效率和可靠性至关重要。

本文将探讨太阳能光伏电池的性能测评方法以及建立光伏电池模型的重要性。

太阳能光伏电池的性能可以通过多个关键参数进行测评。

其中，最常用的参数是开路电压（Voc）、最大功率点电压（Vmpp）、最大功率点电流（Impp）和短路电流（Isc）。

通过测量这些参数，可以评估光伏电池在实际使用中的性能。

为了准确测评光伏电池的性能，研究人员采用各种不同的测试方法。

常见的方法包括室外真实环境测试和室内模拟测试。

室外真实环境测试可以提供真实的工作条件和性能数据，但是受到天气变化和环境因素的影响较大，测试结果可能存在一定的误差。

与之相比，室内模拟测试可以提供更加稳定和可控的测试环境，但是无法完全模拟实际工作条件。

因此，综合采用这两种测试方法可以更好地评估光伏电池的性能。

除了性能测评外，建立光伏电池的数学模型也是实现高效能源转化的关键。

光伏电池模型通常基于电流-电压特性来建立，其中最常用的是基于单二极管模型和双二极管模型。

单二极管模型采用一个理想的二极管来描述光伏电池的非线性特性，能够较好地预测电池的工作状态。

然而，该模型忽略了电池内部的复杂物理过程，对于某些特殊情况下的性能预测可能存在误差。

为了提高模型的精确性，双二极管模型引入了额外的二极管来描述电池内部的电流流动过程。

该模型能够更好地预测光伏电池在不同工作条件下的性能。

建立准确可靠的光伏电池模型对于研究人员和工程师来说至关重要。

通过模型可以深入理解光伏电池的工作原理，并对其进行性能优化。

此外，模型还可以用于预测光伏电池在不同光照和温度条件下的工作性能，以及对系统参数的敏感性。

通过模型的使用，可以降低光伏电池系统的设计和开发成本，并提高其效率和可靠性。

总之，太阳能光伏电池的性能测评与模型建立是推动清洁能源技术发展的重要环节。

东南大学硕士学位论文光伏并网逆变器建模和仿真研究姓名：唐金成申请学位级别：硕士专业：电机与电器指导教师：林明耀20080512摘要摘要随着Ｉ：业技术的迅猛发展，能源问题越米越受到人们的重视。

如何开发利用可再生资源以解决当前的能源危机成为一个热Ｉ’Ｊ话题。

人们普遍认为在目前可知的、并且已经得到比较广泛利用的可再生能源中，技术含量最高、最有发展前途的是太刖能。

太刖能利用的主流方向是光伏并网发电。

在光伏并网发电系统中，并网逆变器为核心。

因此，本文主要研究适用于光伏并网发电系统的逆变器。

论文首先描述了光伏电池的工作特性，研究了常见光伏阵列模型。

在此基础上，在ＭＡＴＬＡＢ仿真环境Ｆ，开发了光伏阵列通片ｊ仿真模型，分析了光伏阵列最人功率点的跟踪控制方法，最终采用干扰观测法实现了光伏阵列的最大功率点跟踪。

论文详细分析了Ｄｃ／Ｄｃ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路的工作原理和ｒ作特性。

光伏并网发电系统中主电路参数的选择对于系统能否正常工作、系统输出电流波形质量的好坏有着重要的作用。

使＿｝｝ｊ舭ＴＬＡＢ中的ＰＯＷＥＲＳＹＳＴＥＭＢＬＯＣＫＳＥＴＳ工具软件建立了ＤＣ／ＤＣ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路的动态模型．并进行了在开环和闭环谢种情况卜的仿真。

由ＤＣ／Ｄｃ变换电路、ＤＣ／ＡＣ逆变电路两个部分通过ＤＣＩｉｎｋ连接组成光伏并网逆变器。

通过对ＤＣ／ＤＣ变换电路的占空比调制实现了光伏阵列输出电压的控制，使光伏阵列运行在最大功率点。

通过对ＤＣ／ＡＣ逆变电路的舣环控制，以取得与电网电压同步的正弦电流输出和直流母线侧电压的稳定，其中电流内环采用滞环电流跟踪控制，电压外环采用ＰＩ控制。

最后，实验说明了仿真结果的止确性。

论文在给出孤岛效应危害的基础上，分析了目前常用的被动式、主动式孤岛检测方法，并采用并网电流幅值扰动法实现反孤岛效应。

【关键词】：建模，仿真，光伏并网，是大功率点跟踪，电流滞环控制，反孤岛效应ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔｒａｃｔＷｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐｅｏｐｌｅｐａｙｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｅｎｅｒｇｙ．Ｉｔｂｅｃｏｍｅｓａｈｏｔｔｏｐｉｃｔｈａｔｈｏｗｔｏｅｘｐｌｏｉｔａｎｄｕｓｅｒｅｎｅｗａｂｌｅｒｅｓｏｕｒｃｅｔｏｒｅｓｏｌｖｅｅｎｅｒｇｙｃｒｉｓｉｓｒｅｃｅｎｔｌｙ．Ｏｎｇｅｎｅｒａｌｖｉｅｗ，ａｍｏｎｇｔｈｅｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｇｙｗｈｉｃｈｐｅｏｐｌｅｈａｖｅｋｎｏｗｎａｎｄｕｓｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙ，ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｈａｓｔｈｅｍｏｓｔｔｅｅｈｎｉｃａｌｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｗｏｕｌｄｄｅｖｅｌｏｐｂｅｓｔｉｎｆｕｔｕｒｅ．Ｔｈｅｍａｉｎｐｈａｓｅｏｆｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙｉｓｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ（ＰＶ）ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ，Ｔｈｅｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｉｎｖｅｒｔｅｒｉｓｔｈｅｋｅｙｆｏｒｔｈｅＰＶｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔｉｎｖｅｒｔｅｒｆｏｒｔｈｅＰＶｓｙｓｔｅｍｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｅｔｈｅｓｉｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＶｃｅｌｌａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅＰＶａｒｒａｙｍｏｄｅｌｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｓｔｕｄｙ，ａｖｅｒｓａｔｉｌｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅＩｆｏｒＰＶａｒｔａｙｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｕｎｄｅｒＭＡＴＬＡＢｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｉｎｇ（ＭＰＰＴ）ｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｏｆＰＶａｒｒａｙｉｓｇｉｖｅｎ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎａｎｄｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ（Ｐ＆ｏ）ａｒｅａｄｏｐｔｅｄｔｏａｃｈｉｅｖｅＭＰＰＴｏｆＰＶａｒｒａｙｆｉｎａｌｌｙ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓａｎｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＤＣ／ＡＣｉｎｖｅｒｔｅｒａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ．ＴｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｉｎｃｉｒｃｕｉｔｉｎｔｈｅＰＶｇｒｉｄ．ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍｗｉｌｌｃｏｎｃｅｍｄｉｒｅｃｔｌｙｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｏｐｅｒａｔｅｐｒｏｐｅｒｌｙ，ａｎｄｗｉｌｌｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｔｈｅｑｕａｉｌｔｙｏｆｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔ．ＴｗｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｓｏｆＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＤＣ／ＡＣｉｎｖｅｒｔｅｒａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｕｓｉｎｇＰＯＷＥＲＳＹＳＴＥＭＢＬＯＣＫＳＥＴＳｔｏｏｌｏｆｔｈｅＭＡＴＬＡＢ．Ｓｏｍｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｆｏｒｏｐｅｎｌｏｏｐａｎｄｃｌｏｓｅｌｏｏｐｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｒｅｇｉｖｅｎｉｎｔｈｉｓｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｒｄｌｙ，ｔｈｅＰＶｇｄｄ．ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｊｎｖｅｒｔｅｒｃｏｎｓｉｓｔｓｏｆａＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄａＤＣ／ＡＣｉｎｖｅｒｔｅｒａｎｄｔｈｅｔｗｏｐａｒｔｓａｒｅｃｏｍｂｉｎｅｄｂｙａＤＣｌｉｎｋ．ＢｙｍｏｄｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｄｕｔｙｃｙｃｌｅｏｆＤＣ／ＤＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ｔｈｅＰＶａｒｒａｙｏｕｔｐｕｔｖｏｌｔａｇｅｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ，ｓｏＰＶａｒｒａｙｃａｌｆ］ｏｐｅｒａｔｅｏｎｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔ．ＤＣ／ＡＣｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｄｏｐｔｓｄｏｕｂｌｅｌｏｏｐｃｏｎｔｒｏｌ，ａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅｓｉｎｕｓｏｉｄａｌｗａｖｅｏｕｔｐｕｔｃｕｒｒｅｎｔｉｓｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄｗｉｔｈｇｒｉｄｖｏｌｔａｇｅａｎｄＤＣｂｕｓｖｏｌｔａｇｅｃａｎｌｅｖｅｌｏｆｆ．Ｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｖｏｌｔａｇｅｌｏｏｐａｄｏｐｔｓｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ—ｂａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌａｎｄＰＩｃｏｎ订ｏｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｖｅｒｉｆｙｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ．ＴｈｅｉｓｌａｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｓｈｏｕｌｄｂｅｐｒｅｖｅｎｔｅｄｉｎＰＶｇｒｉｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅａｃｔｉｖｅａｎｄｐａｓｓｉｖｅｄｅｔｅｃｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｉｎｖｅｓ．＿ｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓＫｅｙｗｏｒｄ：ＭｏｄｕｌｉｎｇｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ＰＶｇａｄ－ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ，Ｍａｘｉｍｕｍｐｏｗｅｒｐｏｉｎｔｔｒａｃｋｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｏｎｔｒｏｌ，Ａｎｔｉ－ｉｓｌａｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｌＩ东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

图1 光伏电池物理模型等效电路这种建模方式的特性可利用电路基础知识得出：（公式（1）中：表示光伏电池光生电流，表示二极管反向饱和电流，串联电阻主要影响最大功率，并联电阻主要由制造缺陷引起，以分流的形式造成功率损失，表示二极管理想因子（取值1≤≤2），是波尔兹曼常为光伏电池温度，为串联光伏单元个数。

如果能够采用精确的半导体参数进行建模，那么这个模型就可较为准确的模为修正系数，可以通过解公式（为短路电流，为开路电压，为最大功率电压（均为标准状况下参数）。

而以上这些参数厂家是向我们提供的，所以，这种建模方式省时省力，但是所有参数均是标准状况下的参数，无法充分仿真不同环境条件作用时，光伏电池的工作情况，于是我们需要一定的修正方法，查阅相关文献后，大致归纳为以下两种修正方法。

下公式：其中：式中，和分别表示参考太阳辐照强度和参考光伏电池板温度，一般取值为。

和分别表示参考光照强度下，电流和电压的温度变化系数。

为光伏电池模块串联电则通过求导取其极值时，得出：上式可以用牛顿迭代法进行迭代求出，即为最大功率点图2 扰动观测法流程图这种控制方式易于理解，需求测量的参数较少，控制简单。

但其实质是不断扰动输出电压，这必然会导致最终的工作点会在最大功率点左右振荡，且扰动步长越大，振荡幅度越大，这会引起一定的功率损失。

同时，当外界环境变化剧烈时，该方式还会产生“误判”的情况，基于这些缺点，改进型扰动观测法应运而生。

（2）改进型扰动观测法改进扰动观测法[6]正如其名，是对扰动观测法的改进。

下图为改进扰动观测法的流程图，方框中的部分即为改进部分，当光伏电池输出电压与光伏电池最大功率点电压的差的绝对值大于修扰动步长时，则使此时输出电压变为最大功率点电压。

这样考虑到了当外界环境变化较为剧烈时，传统的扰动观测法会导致电流或电压崩溃现象，从而产生误动作的情况。

而且，这种方法跟踪速度较传统的扰动观测法更快，功率损耗较小。

图3 改进型扰动观测法流程图（3）电导增量法电导增量法(Incremental Conductance, INC)是基于P-U 线，通过求导取极值点的思想进行工作的。

光伏电站仿真建模试验流程同学们，今天咱们来一起了解一下光伏电站仿真建模试验流程，这可超级有趣！我们得做好准备工作。

就像我们出去玩之前要准备好背包一样，做这个试验也要准备好多东西。

比如说，要收集光伏电站的各种数据，像光伏板的型号、数量、摆放角度，还有当地的日照情况等等。

这些数据就像是拼图的小块，少了哪一块都不行。

接下来，就是选择合适的仿真软件啦。

这就像是我们选游戏一样，得选一个能帮我们做好试验的软件。

然后把之前收集的数据输入到软件里，让软件知道我们要研究的光伏电站是什么样子的。

输入完数据，就可以开始建模啦！想象一下，我们在电脑里搭建一个虚拟的光伏电站。

给每一块光伏板找到合适的位置，连接好线路，就像在搭积木一样。

建模完成后，就要设置各种参数啦。

比如说，太阳的光照强度怎么变化，温度、风速这些环境因素会对电站产生什么影响。

这就好像给这个虚拟的电站设置不同的天气条件，看看它在各种情况下的表现。

然后，激动人心的时刻到啦，开始运行仿真试验！这时候，电脑就会根据我们设置的参数和模型，计算出光伏电站的输出功率、电压、电流这些重要的数据。

试验运行完，可不能忘了分析结果。

看看这些数据是不是符合我们的预期，如果有偏差，就得找找原因。

是模型建得不对，还是参数设置有问题？举个例子，如果我们发现仿真出来的输出功率比实际预期的低很多，那可能是光伏板的摆放角度设置错了，或者是忽略了一些阴影遮挡的影响。

分析完结果，如果有需要，还得对模型和参数进行调整，然后再重新做试验，直到得到满意的结果为止。

最后，把整个试验的过程和结果整理成报告，这样别人就能清楚地知道我们做了什么，发现了什么。

光伏电站仿真建模试验流程就像一场精心策划的冒险，每一个步骤都很重要，都需要我们认真对待。

光伏发电系统的建模与优化研究光伏发电系统是一种利用太阳能发电的技术，随着环保意识的增强，其在能源领域的应用越来越广泛。

光伏发电系统建模与优化是该技术应用中的关键问题，本文旨在对其进行研究与探讨。

一、光伏发电系统的建模1.1 光伏电池单元模型光伏电池单元是组成光伏发电系统的基本单元，其内部包含光伏电池板、场效应晶体管、二极管等元器件。

光伏电池单元模型是对光伏电池单元的数学描述，可用于预测光伏发电系统的性能。

光伏电池单元模型主要包括电路模型和光学模型。

电路模型用于描述电池板中各元器件之间的电学连接关系，光学模型用于描述光线在电池板中的传播和吸收过程。

1.2 光伏阵列模型光伏阵列是由多个光伏电池单元按特定连接方式组成的系统，其输出电压和电流取决于光照强度、环境温度等因素。

光伏阵列模型是对光伏阵列的电学性能进行建模。

光伏阵列模型包括输出特性模型和温度特性模型。

输出特性模型用于描述阵列的电流-电压特性曲线，温度特性模型用于描述温度对阵列性能的影响。

二、光伏发电系统的优化光伏发电系统的优化是通过设计合理的系统参数和控制策略，实现光伏发电系统的最优性能。

2.1 参数优化光伏发电系统的参数优化涉及到光伏电池板的大小和材料、阵列布局以及逆变器等系统元件的选用。

常见的优化方法包括极大似然估计法、遗传算法、粒子群算法等。

传统的优化方法主要基于试验数据或模拟结果，缺少对系统内部机理的理解。

近年来，深度学习等人工智能技术的兴起，为光伏发电系统的优化提供了新途径。

2.2 控制优化光伏发电系统的控制优化涉及到输出功率的最大化、防止因光照突变引起的系统失效等问题。

常见的优化方法包括模型预测控制、PID控制等。

控制优化的前提是对光伏发电系统的内部机理进行深入理解，采用有效的控制策略实现系统的高效运行。

三、光伏发电系统的未来随着科技的不断进步，光伏发电系统在日常生活和工业生产中的应用将越来越广泛。

目前的研究重点在于如何提高系统效率，减少能源消耗，实现可持续发展。

基于Proteus平台的光伏电池建模及特性仿真作者：兰建军关硕胡永驰来源：《电脑知识与技术》2019年第01期摘要：为使学生更加深入的了解和掌握光伏电池特性及其发电原理，提出一种基于Proteus平台的光伏电池建模及其发电原理实验方案。

方案依据光伏电池等效电路和光伏电池生产厂家提供的特性参数，详细介绍了Proteus平台中光伏电池SPICE模型建模及其特性曲线测试方法。

测试结果表明，构建的光伏电池仿真模型完全可以满足光伏发电过程虚拟仿真应用的要求，值得推广和借鉴。

关键词：光伏电池;光伏发电;Proteus;建模;虚拟仿真中图分类号：TP399; ; ; ; 文獻标识码：A; ; ; ; 文章编号：1009-3044（2019）01-0243-02Photovoltaic Cell Modeling and Characteristic Simulation Based on ProteusLAN Jian-jun， GUAN Shuo， HU Yong-chi（School of Automation Engineering， Northeast Electric Power University， Jilin 132012，China）Abstract： In order to enable students to have a further understanding and mastering the characteristic of the PV cell and power generation principle， this paper presents a method of PV cell modeling and characteristic test based on Proteus platform. The methods of PV cell modeling and its characteristic curve test is introduced in Proteus platform according to the PV cell equivalent circuit and the characteristics parameters supplied by the PV cell manufacturer. The test results show that the established simulation model of PV cell can completely meet the requirements of the application of the virtual simulation of photovoltaic power generation process， and the method is worth learning and promotion.Key words： PV cell; photovoltaic power generation; proteus; modeling; virtual simulation随着化石能源的有限性以及环境问题的日益突出，新能源的发展得到了广泛的重视。