基于Matlab/Simulink光伏发电系统仿真

基于Matlab/Simulink光伏发电系统仿真

许家文侯龙

(安徽送变电工程公司安徽合肥230061；安徽华电工程咨询设计有限公司安徽合肥230009)

摘要：近年来，随着能源问题的日益突出，环境污染的日渐加剧，传统的火力发电饱受争议。如何在未来没有煤、石油、天然气的情况下能源得以继续，光伏发电、风力发电、燃料电池等一系列新能源被提上日程。目前，太阳能电池在实际应用中较为广泛。小到家用的太阳能热水器，大到太空中的人造卫星，都是利用太阳能产生电能。那么，如何有效地了解太阳能电池的一些基本特性，是本文研究的重点内容。

关键词：太阳能；光伏；分布式发电

一、引言

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。这种技术的关键元件是太阳能电池。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳能电池组件，再配合上功率控制器等部件就形成了光伏发电装置。[1-2]

二、模型原理

(2-1)

三、仿真算例

根据式（2-1）至式（2-7），可建立如下模型。

图3-1光伏发电系统Malab/Simulink仿真模型

如图3-1所示，solarcells模块中左边的S、Rs、T和Vpv为外部输入量，此模块的作用是实现公式（2-1），计算出Ipv。根据公式（2-2）至式（2-7），可以用M函数编写出图3-1中封装的fcn模块，同样，S、Rs、T和Vpv均为外部输入量。[5]

在设置输入量时，S初始值设为1kW，第10秒时增加0.2kW。温度T初始值设为25℃，第20秒时增加10℃。在求取最大功率点时，本文采用是“爬山法”，根据式（2-7）的计算结果来判断最大功率点。[6]

进行仿真模拟时，fcn模块设置为第1秒钟后开始运行，采样周期为0.01秒。最下面是一个延时模块，由于Vpv是一个有反馈的电压，加一个延时模块能防止下一步的输出电压Vpv对上一步的仿真造成干扰。仿真结果如下图所示。

如图3-2所示，仿真系统在第1秒钟后才开始运行，并且在第5秒之前达到稳定状态。在第10秒时，光照强度增加了0.2kW，电压、电流和功率立即变化并迅速达到稳定状态。同样，在第20秒时，温度增加了10℃，电压、电流和功率也随之变化并迅速达到稳定状态。图中功率稳定后的数值即为当前状态下的最大功率点。[7]

图3-2光伏发电系统Malab/Simulink仿真结果

同样，还可以仿真模拟在一定温度下，电压和电流随光照强度的变化和在一定光照强度下，电压电流随温度的变化。仿真模型如下图所示。

图3-3温度\光照变化曲线Malab/Simulink仿真图

如图3-3所示，首先光照强度以0.2、0.4、0.6、0.8、1的速度增加，单位是千瓦，此时温度一直控制在25℃。其次温度按照25,50,75的速度增加，单位为摄氏度，此时光照强度控制在1kW。[8]变光照运行结果如下图所示。

图3-5光伏发电系统变温度仿真结果

如图3-5所示，仿真计算时光照强度始终控制在1000kW，温度从25℃逐渐升高到75℃。当温度为25℃时，电流在4.5A左右。电压从0V逐渐升高到25V的范围内时，电流几乎不变，功率一直上升。当电压从25V逐渐升高为45V时，电流迅速下降，功率也在上升到极值后迅速下降为零。[9]

四、结论

本文通过对光伏发电系统的原理进行分析，建立了Matlab/Simulink仿真模型，模拟了在温度和光照强度变化的条件下光伏发电系统的运行情况，并实现了对最大功率点的跟踪。通过运行可知，该模型简单、实用并且性能良好，可以很好的模拟光伏发电系统的特性，具有一定的实际意义。

参考文献

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[4]张明鑫.三相光伏发电并网系统建模及共模干扰电流问题的研究[D].兰州理工大学,2015.DOI:10.7666/d.D711411.

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2045413.

[6]BenjaminKroposki,RobertLasseter,etal.ALookatMicrogridTechnologiesandTesting,ProjectsfromAroundtheWorld[J].IEEEpowerandenergymagazine,

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[7]崔杏杏.风光互补发电系统最佳功率点跟踪的研究[D].河北大学,2011.

[8]LASSETTERB.Microgrids[C].Proceedingsof2001IEEEPowerEngineeringSocietyWinterMeeting.IEEE.2001:146-149.

[9]张兴科.光伏发电与经济结构调整[J].科技和产业,2011,11(5):18-22.