光伏电池输出特性与最大功率跟踪的仿真分析

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光伏电池输出特性与最大功率跟踪的仿真分析.txt男人偷腥时的智商仅次于爱因斯坦。美丽让男人停下,智慧让男人留下。任何东西都不能以健康做交换。本文由neverweeps贡献pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。维普资讯期文章编号:0—3820)6—28-51694(0500400计算机仿真25月0年60光伏电池输出特性与最大功率跟踪的仿真分析禹华军,潘俊民(上海交通大学电气工程系,海203)上000摘要:文根据光伏电池的工程数学模型,出一种利用MTA该提ALB软件包中的Sutn模块直接模拟光伏电池工作状况ilimao的方法,仿真模型能准确反映光伏电池的输出特性,参数调节方便.文章主要对不同负载,型内部参数变化和日照该而且模强度变化条件下光伏电池输出的特性进行了研究,到了光伏电池输出特性变化的一般规律.数据分析结果表明,伏电得光池的输出特性呈非线性.光伏电池输出功率随外部环境或内部参数的变化而发生改变,最大值只在满足特定条件下的某其一点才可能出现.基于导纳增量法,用BOTD/C变换电路实现了光伏电池输出的最大功率跟踪,控制算法用S利OSCD其函数编程实现.关键词:光伏电池;仿真模型;出特性分析;功率跟踪输最大中图分类号:M2T9文献标识码:ASmuainAnlssotuaursadiltoayifOuptFetenteMaiuweitTrcigohxmmPorPonaknfPVelclsYUHua—jnPNJn—miu,Aun(eatetflcrniergSagaioogUiesySaga203CiaDprnoetcEgnen,hnhiatnnvri,hnhi000,hn)mEiiJtABSTRACT:nvlmehdfrsmuaigtewoksauftePclsnomaduefeeyteAoetooilthrttsoVesuignrlmolsordbnhhMATLABsfrakgspeetdihspprotepcaeirsnentiae.ThVdesbicodnstemahmacmoesdwaePmolulacrigatetdleithiufrteegnenplain,whcaecbeotuetrsoePclxcyhemotprmeesoniergapithicoihcndsretuptaueftVeseat.TsaatrihfhlitemoeCdutdepdet.Tedeetuptetrsaersacehntela,hsep—nhdlabajsxilhirnotuauehdwedteiianeeenyffererhondrmeeneisltnaecagdrsciey,adtegnruefteotuhrcesifPcleatradtnoair:hneeptlneearlsouptcaatrtoVesashoevhlhicrrcie.I'poeaeotuhatrscoVclsio—lna.TeotuoroePclsvreeevdtrvdtttuptcacetfPesnnieShhriirhuptpweftVelaishwtecagfteetracniosoeisdaaee.Temxmuoeonsaieutolithneoxenodtnrtniepmthhhlihrsrhaimpwrpitirvjsnyrdwhntescaodtosaeme.BaenteicenodcactoepicnintSdonrmetcnutemed,temaimweonaknhelirhnhhxmuporpittcigr(P)oePesiraiduigteBOSCDov~rhecnoaotmfeMPTira—MPTfVclezsOTD/Ccnee.TotlgrhrtPehtslenhrilohslieyteSfntntaswieyteatosTesmuaostaiaetefaiitfteagrhzdbhucohtirtnbuhr.hiltnrusvdtheblyohotm.ithiellSili,KEYWORDS:VesSmuainmoe;tuhrcesiayi;ximweittaknPcl;iltdlOuptcaatrtalssMamupoicnorpnrcigo个重要课题.文献[]1对实际的光伏电池进行测量实验,得1引言光伏电池是太阳能发电的核心部分,有将太阳能转换具到了一些关于光伏电池输出特性的结论.但是,种实测的这方法不仅繁琐,而且实现起来也比较困难.文献[]2通过简化数学模型,出了光伏电池在环境温度变化时的输出特给性,但是当短路电流很小(日照强度低)我们发现光伏即时,电池模型中的并联电阻不可忽略.而且该文只针对日照强度和环境温度变化的情况进行了分析,并未考虑光伏电池本身参数以及负载条件变化时的输出特性.本文在MTAALB仿真环境下,建立了光伏电池的仿真模型.该模型直接由软件包提供的标准模块构成,利用受控电流源实现数学模型中电压与电流直接的复杂函数关系,可以为电能的功效.但是由于器件本身的复杂特性,迄今为止光伏电池的转换效率仍然很低.而且,光伏电池的输出特性具有非线性,种非线性受到外部环境(括日照强度,度,这包温负载等)以及本身技术指标(如输出阻抗)的影响,使得光伏电池的输出功率发生变化,其实际转换效率受到了进一步的限制.因此,对光伏电池输出特性的研究成为了该行业的一收稿日期:04—20200—9---——28-—4--—维普资讯方便而且准确地模拟光伏电池的工作状况.仿真对不同负载,模型内部参数变化和日照强度变化条件下光伏电池输出的特性进行了研究,这些参数在仿真中均可方便地进行调节.同时,为提高光伏电池输出的效率,利用BOTD/COSCD变换电路完成对光伏电池输出的最大功率跟踪,导纳增量其)A一二极管品质因子(T=30时,为28,当3K约.001,.5)尺E.工三为低阻值,于1串联电阻(小一)一并联,电阻(为高阻值,数量级为/)CQ.为计算方便,文献[]4对公式()1进行了简化,取参数A=,—则公式()1变为:,Lf』,算法由MTAALB中的s函数编程实现.文章最后给出了最大功率跟踪(PT下光伏电池输出的功率曲线,MP)其结果验证了该算法的可行性.v+H,一oepA(+R)一1=1{x[VI]卜sh()2本文根据以上公式建立了光伏电池的MT4ALB仿真模型,如图2所示.图中电压检测模块u的输出等于+,函数ui/转换模块的输出即,,信号发生器snlia为受控电g流源,三个模块共同表达了公式()()右边第二项这1和2中2光伏电池的数学和仿真模型光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制成的,所谓光伏效应是指半导体材料吸收光能,由光子激发出的电子一空穴对经过分离而产生电动势的现象.光伏电池组件的,一特性随日照强度.Wm)电池温度t℃)s/和((而变化,,即=的函数关系.光伏电池组件由多个光伏单元经过串并联组成.在图2所示的模型中,过设置不同的参数以及建立不通同的ui/转换函数模块输入输出关系式,以分别模拟光伏可,VSt.根据电子学理论,(,,)当负载为纯电阻时,阳电太电池单元与光伏组件的工作特性.光伏电池单元模型以公式()基础,分参数设置如下:01,,=1/,1为部R=.1R^0CA2Q=池的实际等效电路如图1示.对应的,函数如下:所一Rs28T=0K;伏电池组件以公式()基础,部分参.,3O光2为其f—ll工h+—广数设置如下:,09,=1/A=.2R=.1R20Q,00.在组件模式C工≥iIzslhln白BV工一—I下,考虑各光伏单元的连接和等效问题,的取值比计算值Aq=13.6V小得多.两个测量模块分别用来测量光8]^J』生一l伏输出电流和电压,短路电流和负载阻抗参数可调.3负载阻抗变化时光伏电池的输出特性图1光伏电池效电路本文分别对纯阻抗负载和开关变换型负载的输出特性作了仿真分析,发现两者虽然负载特性不一样但是光伏电池,xop{[e】}-.l十载阻抗的变化,电池的伏安特性及输出功率与负载阻抗光伏的特性曲线如图3所示.此时,为02,01,,.AR为.1R^2为其={[中(ox1pe】)二管电1/Q,30I为8×1~A.从图3以看出,负载一)极结流0CT为0K,o01一o可当一的输出特性基本一致.当光伏电池接纯阻抗负载时,随着负()一A,光伏电流()1一反向饱和电流(A,o对于光伏单元而言,数量级为1IA)q其04,一电子电荷(.1c,16×0)K一玻耳兹曼常数(.8×1JK)T一对温度(=t23130/,绝+7阻抗变化时,伏电池的输出电流和电压随之发生变化,光输出开路电压约为04;3.V图b显示,当负载阻抗处于某一个值(.1左右),171时光伏输出功率最大.而这个值十分接近光伏电池输出开路电压与短路电流的比值(即光伏电池的输出阻抗2)1,这符合最大功率输出的阻抗匹配原则.即当负载阻抗与电源输出阻抗一致时,源的输出功率最电大.当光伏电池接BOT变换OS电路时,虑BOT电路输出负考OS载仍为纯电阻的情况,据根BOT电路对阻抗的变换原OS则,此时BOT电路的等效输OS入阻抗可用公式()3表示:图2光伏电池的仿真模型R=(一)RB1D.—-——()329.—4—-—维普资讯嬲器舞器箍.,g曝墨_jll磊蓐l堇蓉—~,—\\;瓣擘器\,|鑫0__浮嚣粼黪g蕤菊\\…滞黼i骥l≤蘩l黼器蘩馥i罐黧薹囊辩孽彝囊尊|'r潇差麓虢,a光伏电池输出伏安特性)b输出功率与负载阻抗关系曲线)图3负载阻抗变化时光伏电池输出特性曲线其中,一BOT电路等效输入阻抗,ROSD一开关占空比,L一本不变.而,对光伏电池的输出影响也很显著,越小,0厶光伏电池输出功率则越大.而且,出最大功率点处对应的负输负载阻抗.式中不考虑BOT电感的自身电阻,且不OS而考虑等效电阻的极性.载阻抗也发生了变化,也就是说,影响了光伏电池的输出阻n抗,但是光伏电池的最大功率输出仍符合阻抗匹配的原则.表1和表2别给出了这两个参数变化时光伏电池输出电分压,电流和功率的部分采样数据.为了更明确地反映这两个参数对光伏电池输出的作用,真时对这两个参数的设定做仿了一些极端的处理,是并不影响反映光伏电池输出特性的但规律.从式()3可知,开关占空比越大,OSBOT电路输入阻抗就越小.当改变BOT电路开关占空比,得其等效输入OS使阻抗与光伏输出阻抗相匹配,光伏电池将输出最大功率,则这也是利用BOT电路实现最大功率跟踪的理论依据.有OS关最大功率跟踪的内容将在后面的文字中给出.4模型参数对光伏电池输出特性的影响由于制造工艺的差别,同光伏电池的内部特征参数也不不一样.本文针对光伏单元的串联电阻月和反向饱和电流衰2l变化时光伏电池输出部分数据(短路电流设定为4^)对应负载阻抗()Q0O00l电流(A)3999839896光伏电池输出数据电压(V)功率(W)398-9e4I96l9备注相当于短路00l0647967,进行了分析,n由于并联电阻月一般说来都比较大,因此对输出的影响不是很大,在此不作讨论.经过仿真可以发现,月越小,仿真时得到的输出短路电流越接近给定短路电流,开路电压则基本不变;3图a中所示的曲线的平缓线段也越I=l-0oe1A03453688330273l5473l65l35l443488594最大功率点相当于开路相当于短路l0啪Oc00l0O0230~50-3268824929l1600327-8e4048060000000I0lllO89长,弯度越大;而且,光伏电池输出最大功率点也越大,效率越高.但是,最大功率点处对应的负载阻抗却基本不变,这是因为月对开路电压的影响很小,光伏电池输出阻抗基即裹1R变化时光伏电池输出部分数据(短路电流设定为02A)对应负载阻抗()Q0O00ll1=l一00e1A0507l2777l464808368l0l27l9424l4265最大功率点相当于开路looO03e∞-Sl2l09000005日照强度

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