离网型光伏发电系统实验报告(DOC)

新能源技术课程设计实验报告

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完成日期：

一、 实验过程记录

1. 根据光伏电池的等效电路，利用仿真软件搭建光伏电池数学模型 （1）I ph 数学模型及参数设置

按照原理算式如下

ref

ref ref S S

T T I I ]

[,sc ph ）（-+=α

（1）

在MATLAB 中建立模型，从Simulink 元件库中拉取inport 、sum 、gain 、product 、outport 等原件，并按照原理搭建合适模型并封装。如图1所示。

图1 I ph 数学模型图

通过参考实验时所运用的太阳能电池板的参数其中参数设置T ref =298K ，S sef =1000W/m 2，α=0.06/1，I

sc,ref =8.30/1A 。 （2）U oc 数学模型及参数设置

根据原理中U oc =V oc,ref +β×(T -298)可在MATLAB 中建立模型，从Simulink 元件库中拉取inport 、constant 、sum 、gain 、outport 等原件，并按照原理搭建应有模型并封装。如图2所示。

图2 U oc 数学模型图

通过参考实验时所运用的太阳能电池板的参数其中参数设置：V oc,ref =29.5/1V ，β=-0.33/1。

（3）I d 数学模型及参数设置

可在gain 、product 、图3 I d 数学模型图

通过参考实验时所运用的太阳能电池板的参数其中参数设置：A =5，K =1.38×10-23J/K 。

（4）输出I 数学模型及参数设置

根据原理公式

]1))

((

ex [ph -+-=AKT N IR V q p I N I N I s s O P p

（3）

可在MATLAB 中将以上封装好的模块拼装成合适的仿真模型。如图4所示。

U

I

图4输出I 数学模型图

通过参考实验时所运用的太阳能电池板的参数其中参数设置：N p=1。

在这一过程中开始时由于粗心，少了一个环节，即对Vt取1/U，导致出现的仿真图形总是达不到理想的结果，所以通过同学之间的讨论以及细心的检查终于在推导公式的过程中发现了这个粗心的错误。

powergui

（5）总体封装后数学模型，如图5所示。

图5总体封装后数学模型图

2. 放大电路的模块构建

根据DC-DC升压电路的原理，在系统主电路图中我选择的升压电路是Boost 升压电路，先从Simulink元件库中拉取inport、constant、sum、gain、outport等原件，构建光伏阵列输出。再从元件库中拉取signum、memory、zero-order hold、constant、inport、sum、gain、product、outport等原件搭建MPPT模块，最后从元件库中拉取universal bridge、diode、RLC等原件构建升压电路。

搭建好模块之后，如图6所示，其中包括MPPT扰动法的数学模型如图7所示，设置参数，其中L=1mH，C1=500μF，R=10Ω，IGBT开关频率为10kHz，C=100e-6F。

在这一过程中，出现的麻烦就是对于DC-DC电路的参数设置问题，开始时设置的是自己通过参考文献设置的电路参数，但是仿真中并不能更好的出现仿真波形。所以通过自己的调试，L=10e-3H，C1=100e-5F，R=10Ω，IGBT开关频率为10kHz，C=300e-6F。

Ts

powergui

Sine Wave

Scope

+

S

PWM Generator

E

k

+

i -Current 1

i -

Current

+

图6 DC-DC 升压电路数学模型图

图7 MPPT 扰动法数学模型图

3. DC-AC 逆变电路的构建

根据DC-AC 逆变电路的原理，在系统主电路图中我选择的逆变电路是电压型逆变电路，先从Simulink 元件库中拉取inport 、constant 、sum 、gain 、outport 等原件，构建直流输出。再从元件库中拉取universal bridge 、diode 、RLC 等原件构建升压电路。构建的逆变电路如图8所示。

E

E

E

E

图8 DC-AC 逆变电路图

4. 太阳能电池板的搭建以及实际电路的搭建

搭建好太阳能电池板，如图9所示。并按照实际测量电路图搭建电路，如图10所示。在这一过程中，出现的困难就是对光伏电池板的安装过程不熟悉，搭建过程繁琐，但是通过大家统一的要求，我们将光伏电池板安装整洁并能够获得较好的光照角度。方便了我们的实验数据的测量。

图9光伏电池板搭建图

图10实际测量电路搭建图

5. 数据测量记录并处理

调节滑动变阻器，并记录不同光照强度下光伏电池板输出的电压值和电流值，并计算出功率大小，记入准备好的表格中。并用Excel软件分别画出I-U和P-U曲线，如图11、12、13所示。

表1

当S=1270W/m2，T= 286K 时

表2

2

表3

2

图11对应表1的I-U、P-U图

图12对应表2的I-U、P-U图

图13对应表3的I-U、P-U图

二、实验结果处理与分析

1. 根据建立的光伏电池的等效模型，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。

1）标准状态下，当S=1000W/m2，T= 298K时，得到的I-U、P-U仿真图如图14所示。其中最大功率输出是可以达到给定光伏电池板的特性所表示出的180W。其短路电流为8.3A，开路电压为29.5V。

图14 I-U、P-U仿真图

2）当S=1000W/m2一定时，改变T分别为320K、360K时的仿真图分别为图15、图16所示。

图15 I-U、P-U仿真图