基于simulink的带有MPPT功的光伏电池的仿真
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。
并网式光伏发电系统的仿真幻灯片PPT
其中
ID I0 expq AU kTD1
Isc I0expqAU kToc 1
Uoc
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1
光伏电池的Simulink仿真模型
光伏电池输出特性仿真分析
• 无阴影情况下光伏电池输出特性 • 在同一温度、光照强度条件下，光伏电
池的输出特性呈现一种单峰值的非线性特 性，当输出电压增加到开路电压的80%左右 时输出功率到达最大即最大功率点〔MPP〕。 • 最大功率点随光照强度增加而增大，随 温度的增加而减小。 • 阴影情况下光伏电池输出特性 • 输出特性呈现多峰值特性，最大功率点 电压，可能是任何的工作电压处。
二、光伏发电MPPT控制系统
光伏发电控制系统构造分类
单级光伏发电控制系统构造
双级光伏发电控制系统构造
双级三相并网光伏控制系统构造图
单路Boost/群控Boost电路
PV
C1
SPV
C2
udc
逆变器
Sa
Sb
Sc
a
Sa
b
Sb
-Sc c
变压器 电 网
滤 波 器
控制部分
内环电流环、 中环电压环、 外环MPPT环 的三环控制.
并网式光伏发电系统的仿真
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主要内容
一、光伏电池特性分析及其仿真建模 二、光伏发电MPPT控制系统
一、光伏电池特性分析及其仿真建模
太阳能电池的工作原理
光生伏特效应——太阳能电池工作原理
光伏电池输出特性分析
RS
IL
Rsh
Uoc RL
I ph
udc idc MPPT
光伏并网发电系统中公共连接点的电压调节
光伏并网发电系统中公共连接点的电压调节徐杰;袁越;傅质馨【摘要】光伏并网发电系统通常应用于薄弱电网末端,输出功率的随机性会造成并网点处电压波动.利用光伏自身无功调节可抑制电压波动.为分析抑制效果,推导出光伏并网发电系统输入电网的有功、无功功率调节范围.当光伏无功调节效果不满足国标要求时,使用超导储能动态电压恢复器(DVR)维持公共连接点(PCC)电压的稳定.采用了PCC电压外环,电容电流内环的双环控制策略,结合空间矢量脉宽调制(SVPWM)对变换器进行控制.仿真结果表明超导储能动态电压恢复器可快速稳定公共连接点电压.%Grid-connected photovoltaic generation system is usually applied to weak system endings, randomness of its output power can cause voltage fluctuation at the point of common connection, that could be restrained by photovoltaic own reactive adjust ability. To analysis inhibition effect, the active and reactive power adjustment range of photovoltaic generation system is deduced. When the deviation of voltage fluctuation goes beyond photovoltaic reactive adjustment ability, superconducting dynamic voltage restorer(DVR) can keep the voltage at the point of common conection(PCC) stabile. A double close-loop control strategy with incorporating inner capacitance current loop and outer system voltage loop is adopted to control converter along with space vector pulse width modulation ( SVPWM). Some simulation results are also provided to confirm that the performance of DVR used to photovoltaic generation system can keep quickly the voltage of PCC stable.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2013(013)011【总页数】7页(P2970-2975,2990)【关键词】光伏发电;电压波动;无功调节;超导储能DVR;双闭环控制策略;SVPWM 【作者】徐杰;袁越;傅质馨【作者单位】河海大学能源与电气学院,南京211100;河海大学可再生能源发电技术教育部工程研究中心,南京210098【正文语种】中文【中图分类】TM615近年来，我国光伏产业发展迅速，光电渗透率逐年提高［1］。
基于增量电导法的光伏系统典型MPPT分析
基于增量电导法的光伏系统典型MPPT分析摘要：太阳能光伏组件是非稳定电源，为有效利用太阳能，必须对其进行最大功率点跟踪(MPPT)。
该文分析了光伏发电MPPT原理，提出一种基于占空比扰动的MPPT控制方法，在Matlab中建立增量电导法仿真模型，仿真结果显示该方法能实现最大功率点跟踪，并且增量电导法性能要明显优于扰动观察法，但其硬件要求高。
关键词：光伏发电MPPT原理最大功率点跟踪增量电导法太阳能是理想的清洁能源,太阳能发电具有无污染、无噪声、无需燃料能源等优点,现已广泛应用于各种蓄电池充电系统、家电、卫星等领域。
但太阳能发电投资成本较高,发电效率较低,这是制约太阳能发电产业发展的主要瓶颈[1-2]。
目前,在工程实践中是通过对太阳能光伏发电最大功率点的跟踪来提高光伏发电系统的发电效率的。
常用的最大功率点跟踪方法有恒压控制法、扰动观察法和电导增量法等[3]。
作者在“基于扰动观察法的光伏系统典型MPPT分析”基础上，分析了光伏电池的工作机理和仿真模型,用电导增量法进行光伏系统典型MPPT分析，并进行了相关仿真实验。
1 光伏阵列MPPT原理光伏组件的输出存在着功率最大点，在特定的温度和光照条件下，组件能否工作在最大功率点取决于组件所接负载。
光伏发电系统中，光伏阵列和负载之间多采用ＰＷＭ脉冲控制的DC/DC变换器，主要原因是调节ＰＷＭ脉冲的占空比Ｄ可以调节变换器的输入/输出关系，实现阻抗匹配，从而实现光伏阵列的ＭＰＰＴ控制。
如图1所示为光伏阵列的Ｐ-Ｄ特性曲线，其中P为光伏系统输出功率，D为DC-DC变换器开关管PWM信号占空比，并且当dP/dD=0时，输出功率达到最大。
通过扰动占空比Ｄ来获得输出功率Ｐ的变化方向[4]。
当光伏阵列与负载之间接Boost变换器时，如果负载为纯电阻，变换器效率为100％，忽略变换器电感自身电阻的情况下，Boost变换器的等效输入阻抗为R’= RL×(1-D)2 (1)式中：RL为负载阻抗；R’为Ｂoost变换器等效输入阻抗，D为Boost开关管PWM占空比。
带有 MPPT 功能的光伏阵列 Matlab 通用仿真模型概要
• 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。
光伏发电系统的建模及仿真分析
光伏发电系统的建模及仿真分析作者：张海晶景志慧来源：《中国科技博览》2018年第06期[摘要]光伏发电（Photovoltaic power system，PV）作为一种典型的分布式发电技术，其并网运行具有重要的研究价值和广阔的应用前景，本文将在Matlab/Simulink仿真环境中建立具有通用性的光伏发电工程模型，并进行仿真分析。
[关键词]光伏发电；建模；仿真分析中图分类号：TM615 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0291-01引言分布式发电（Distributed Generation，DG）是近些年倍受关注的一种发电形式，它利用太阳能、风能、潮汐能等可再生的清洁能源发电，实现了能源利用的多样化，被认为是一种极有发展前途的发电技术。
而光伏发电无疑是其中极具代表性和发展前景的一种。
因此，建立具有通用性的光伏系统工程用模型十分必要。
1.光伏发电系统工作原理按目前常见的两级式光伏发电系统建模，第一级为DC-DC变换，第二级为DC-AC变换。
第一级在光伏电池与负载之间增加了一个DC-DC变换器[1]，如图1所示，其作用是升高光伏电池输出直流电压到一个合适的水平。
2.光伏电池的数学模型光伏电池是光伏发电系统的基础和核心。
它是利用某些材料受到太阳光照时而产生的光伏效应，将太阳辐射能转换成电能的器件[3]。
光伏电池的等效电路如图2所示：其中为光生电流，为二极管结电流，为结电容（分析中可忽略），为串联电阻、低阻值小于，为并联电阻、高阻值数量级为。
根据电路原理及shockloy的扩散理论[2]可得：（2.1）其中为反向饱和电流（数量级为），为电子电荷（），为二极管因子（取值范围）1：5，k为波尔兹曼常（），T为绝对温度。
电池厂家一般提供光谱，光照强度，电池温度时（此状态称为标准情况，简称标况）的参数。
：光伏电池短路电路；：光伏电池最大功率点电流；：光伏电池开路电压；：光伏电池最大功率点电压。
光伏汇流箱双路MPPT控制器的研究
光伏汇流箱双路MPPT控制器的研究宋桂英;鲁兵;王国建;张超;袁绍民【摘要】在光伏发电系统中,汇流箱起到了汇集光伏电池电流和进行最大功率点跟踪(MPPT)的功能.设计了一种应用于光伏汇流箱的双路MPPT控制器,每个支路采用双重Boost结构,MPPT控制采取变步长的电阻增量法.对此双路MPPT控制器进行Simulink仿真和实验分析可知,双路双重Boost电路结构能够有效降低输出电流纹波;在光照突变后,采用变步长电阻增量法的MPPT控制器可以使光伏系统快速且稳定地达到新的最大功率点并且确保各个电感电流均流.%In the photovoltaic power generation system,the junction box has the function of collecting the photovoltaic cell current and tracking the maximum power point(MPPT). A dual circuit MPPT controller applied in PV junction box was designed,which used dual boost structure in each branch,the MPPT control used variable step resistance increment method. Simulink simulation and experimental analysis show that the dual boost circuit structure can effectively reduce the output current ripple;after the lightmutation,variable step incremental resistance method adopted in MPPT controller can make photovoltaic cell rapidly and stability to achieve the new maximum power point and can ensure current equalization in the inductances.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2017(047)004【总页数】5页(P67-71)【关键词】光伏发电;双路最大功率点跟踪控制器;电阻增量法;Simulink仿真【作者】宋桂英;鲁兵;王国建;张超;袁绍民【作者单位】河北工业大学电气工程学院,天津 300130;河北工业大学电气工程学院,天津 300130;天津天传新能源电气有限公司,天津 300180;天津天传新能源电气有限公司,天津 300180;天津天传新能源电气有限公司,天津 300180【正文语种】中文【中图分类】TM615光伏电池组件由于安装不匹配，阴影遮挡、地形、方位等问题造成组件（串）失配，传统的汇流箱只有汇流功能［1］，为了使光伏发电系统在各种条件下都能发出最大的功率，需要对汇流箱增加光伏电池MPPT控制器。
光伏电池最大功率点跟踪控制方法的对比研究及改进
光伏电池最大功率点跟踪控制方法的对比研究及改进摘要：光伏发电系统中光伏电池的输出特性具有唯一的最大功率点(MPP)，需要对光伏电池的最大功率点进行跟踪(MPPT)。
文中分析了几种常见的最大功率点跟踪控制方法，对比分析了它们的优缺点。
针对MPPT控制方法中存在的启动特性较差、跟踪过程不稳定、精度不高等特点，采用一种改进爬山法，该法以恒定电压法作为启动特性及采用变步长进行跟踪控制，并利用Matlab/Simulink搭建了改进爬山法的MPPT控制模型，仿真结果验证该方法的有效性。
关键词：光伏发电;最大功率点跟踪;改进爬山法面对日益枯竭的化石能源和不断恶化的生态环境，人类需要进行第三次能源结构转换，从矿物能源向可再生能源转换，用可再生能源替代矿物能源，用无碳能源、低碳能源替代高碳能源[1]。
为降低对传统能源的依赖，世界对新型能源的重视越来越高。
太阳能是最具潜能的新能源形式之一，其中光伏发电是太阳能利用的有效方式之一。
光伏发电具有许多优点，如：安全可靠，无噪声，无污染，能量随处可得，无需消耗燃料，不受地域限制，规模大小随意，无需架设输电线路，可以方便地与建筑物相结合等，这些优点都是常规发电和其他发电方式所不可比拟的[1]。
在光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，达到充分利用太阳能资源的目的，一个重要的途径就是实时调节光伏电池的工作点，使之工作在最大功率点附近，这一过程就称为最大功率点跟踪[2]。
1 光伏电池模型及输出特性1.1 光伏电池的数学模型在光照强度和环境温度一定时，光伏电池既非恒压源，也非恒流源，也不可能为负载提供任意大的功率，是一种非线性直流电源。
其等效电路如图1所示[1,3]。
图1中，UJ为PN 结电压，Id为光伏电池在无光照时的饱和电流，Id=Io{EU+IRS) nKT-1}.一个理想的太阳能电池，由于串联电阻RS很小，旁路电阻Rsh很大，所以在进行理想电路的计算时，它们均可忽略不计。
由图1的太阳能光伏电池等效电路得出：I=Iph-I0[eq(U+IRS) nKT -1]- U+IR R s sh(1)式中，I为光伏电池输出电流;I0为PN结的反向饱和电流;Iph为光生电流;U为光伏电池输出电压;q为电子电荷，q=1.6伊10-19 C;k为波尔兹曼常数，k=1.38伊10-23 J/K;T 为热力学温度;n为N结的曲线常数;Rs，Rsh为光伏电池的自身固有电阻。
光伏发电系统及其孤岛效应的仿真与实验研究
2 seconds
E
1.37Vnom≦V
fnom
2 cycles
F
Vnom
f<fnom-0.7Hz
6 cycles
G
Vnom
f>fnom+0.5Hz
6 cycles
* Vnom 指电网电压幅值的标准值，对于中国的单相市电，为交流 220V
（有效值）；fnom 指电网电压频率的标准值，对于中国市电，为 50Hz。
而主动频率偏移法（AFD：Active Frequency Drift）则 不同，它是通过周期性的改变并网电流频率来实现反孤岛效 应功能的。具体实现思想就是系统逐周期检测出电网电压的 频率后将它稍微增大或减小固定值以作为并网电流的给定 频率，并且在电网电压每次过零时使并网电流复位，则当并 网时，DSP 每次检测到的电网电压频率不变；而脱网时，并 网电流单独作用于负载上，由于并网电流频率的逐周期改 变，这样，DSP 每次检测到的负载电压频率就会逐渐增大 或减小，很快就会达到给定频率保护的上、下限值使系统保 护，从而使系统具有反孤岛效应功能。本文针对这一功能进 行了大量的实验，实验结构示意图见图 4 所示。
由图 8 可知，电网断电后 100ms 内，负载电压的频率
已超出系统的频率保护上限值 50.5Hz，完全满足表 1 中规定
的要求。
4 实验研究
根据仿真模型和元器件参数，本文进行了实例研究，相关 参数和元器件为：直流电压 Ud=360V，功率器件采用 IGBT 模 块 CM100DY-12H，开关频率 ft ＝ 10KHz，滤波电感 L = 0.9mH。图 9 为并网电流和电压波形，其中电压波形取自电压 传感器的副边，实际并网电流的波形取自电流钳，由图 9 可知， 并网电流波形良好且和电网电压同频同相；图 10 为电网断开 时负载电流和电压波形，由图 10 可知，当电网断开后，负载 电流和电压频率在 100ms 内超出频率保护上限值 50.5Hz。
基于qpso的mppt控制研究
表 1 光伏组件光照分布情况
Tab.1 Light distribution of photovoltaic modules
光照情况 1
PV1（/ W·m-2） PV2（/ W·m-2） PV3（/ W·m-2）
控制收敛较慢，极易陷入极大值，这将降低光伏 阵列的光电转换效率［6］。针对上述问题，文献［7］ 提出一种基于量子粒子群（QPSO）算法的MPPT 控 制。本文在此基础上增设 MPPT 控制的收敛条件 和重启条件，使功率稳定输出的同时避免寻优过 程中出现早熟收敛。同时运用 Matlab 中的 Simulink 模块库搭建了 MPPT 控制系统模型，在 3 种不 同光照情况下均与 PSO 算法进行仿真对比分析， 充分证明 QPSO 算法在 MPPT 控制上的适用性。
关键词：粒子群算法；量子粒子群算法；最大功率点跟踪 中图分类号：TM615 文献标识码：A DOI：10.19457/j.1001-2095.dqcd19018
Research on MPPT Control Based on QPSO FANG Junlong，ZHANG Weidan，SONG Chao，NING Changjian，ZHANG Yue，GAO Sance，ZHANG Shaoyuan
Key words: particle swarm optimization algorithm；quantum particle swarm optimization algorithm；maximum power point trackin（g MPPT）
太阳能是绿色清洁的可持续能源，太阳能发 电技术已得到世界广泛重视。然而光伏电池的 光 电 转 换 效 率 较 低 ，所 以 对 最 大 功 率 点 跟 踪 （MPPT）技术的研究是十分必要的［1- 。 2］ 在实际 应用中，由于光伏组件易受云层、高楼、大树等外 界因素影响，在光伏组件表面形成阴影，导致光 伏组件输出的 P—U 特性产生多个峰值［3］。此时 经典 MPPT 控制法（如扰动观察法、导纳增量法、 固 定 电压法等）已不再适用［4- 5］，所以很多学者在 MPPT 控制上引进寻优能力较强的智能算法。作 为智能算法之一的粒子群（PSO）算法，因其需要 调整的参数较少，所以较受欢迎。但PSO 的MPPT