基于增量電導(dǎo)法的光伏最大功率跟蹤的仿真研究

張曉航 李 凱 張 卡

（貴州大學(xué)電氣工程學(xué)院，貴州 貴陽(yáng)550025）

0 引言

太陽(yáng)能直接輻射到地球的能量豐富，分布廣泛，可以再生，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，而且利于方便，是國(guó)際社會(huì)公認(rèn)的理想新能源。因此，最近幾年太陽(yáng)能光伏發(fā)電獲得廣泛的應(yīng)用。然而，光伏電池受環(huán)境的影響比較大，比如光照強(qiáng)度溫度等等，直接并網(wǎng)容易對(duì)電網(wǎng)造成不良影響[1]。另外，光伏電池目前所普遍采用的是晶硅材料，而晶硅材料的成本較高而且轉(zhuǎn)換效率也比較低。為了減少能量功率損失，提高光照的利用效率，通常采用最大功率跟蹤控制使光伏輸出盡可能的達(dá)到最大功率。本文仿真所采用的是工程上所用的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型。

1 光伏電池模型

光伏電池是利用半導(dǎo)體材料的光生伏打效應(yīng)制成的，它的輸出電流及電壓受溫度、光照強(qiáng)度的影響，其中外界溫度變化主要影響光伏電池的輸出電壓，而光伏電池的輸出電流主要是由光照強(qiáng)度影響[2]。

本文所采用的是工程用光伏電池簡(jiǎn)化模型為：

在此基礎(chǔ)上，考慮將溫度的變化量

ΔT=T-Tref

和光照強(qiáng)度的變化量

ΔS=S/Sref-1

引入，可得：

式中，e為自然底數(shù);b=0.5為常數(shù)；c=0.0028℃-1為標(biāo)準(zhǔn)條件下的電壓穩(wěn)定系數(shù)；a=0.0025℃-1為標(biāo)準(zhǔn)條件下電流溫度系數(shù)；Isc、Uoc、Im、Um分別為光伏電池板短路電流、開(kāi)路電壓、最大功率點(diǎn)電流、最大功率點(diǎn)電壓。本文所搭建光伏電池板simulink模型就是基于上述工程數(shù)學(xué)模型。

2 光伏發(fā)電最大功率跟蹤（MPPT）及原理

本文最大功率跟蹤采用的是基于Boost電路的電導(dǎo)增量法，電導(dǎo)增量法是通過(guò)改變Boost升壓電路的占空比來(lái)調(diào)整光伏電池輸出的電壓，使之逐漸接近最大功率點(diǎn)的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的跟蹤。由光伏電池的功率-電壓特性曲線可以知在最大功率點(diǎn)出有=0的關(guān)系，此時(shí)光伏電池的工作點(diǎn)位于此刻最大功率點(diǎn)處，需要保持參考電壓大小不變，使光伏電池始終工作在最大功率點(diǎn)處。

3 實(shí)例分析與仿真

本文所采用的光伏電池板為1000W，每塊電池板的參數(shù)為：短路電流Isc=12.92A，開(kāi)路電壓Uoc=107.5V，最大功率點(diǎn)電流Im=11.42A，最大功率點(diǎn)電壓Um=87.5V。

3.1 光伏電池板仿真

由光伏電池的工程簡(jiǎn)化模型可知，在光照與溫度一定時(shí)，其輸出電流為輸出電壓的函數(shù)。取標(biāo)準(zhǔn)光照強(qiáng)度S=1000W/m2，Tref=25℃，光伏組件的電壓-電流、電壓-功率輸出特性如圖1和圖2所示：

圖1 光照為1000W/m2時(shí)功率-電壓曲線

圖2 光照為1000W/m2時(shí)電流-電壓曲線

由圖1和圖2可知，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（光照為1000W/m2，T=25℃），光伏組件仿真開(kāi)路電壓Uoc=107.5V，短路電流Isc=12.92A，最大功率點(diǎn)電流Im=11.42A，最大功率點(diǎn)電壓Um=87.5V，最大功率為1000W考慮到光伏組件實(shí)物的轉(zhuǎn)化效率，其誤差屬于可接受范圍，表明仿真曲線得出的數(shù)值與廠家給定的幾個(gè)參數(shù)值基本相等，所以，所搭建的仿真模塊能較好地模擬光伏電池板輸出特性。

3.2 MPPT仿真分析

在標(biāo)準(zhǔn)狀況1000W/m2，T=25℃的條件下，接入負(fù)載R=100Ω電阻，Boost電路輸入端電容取C1=500e-5F，電感取L=3.675e-3H。輸出端電容C2=2.825e-5F。

在0.5s之前，光照強(qiáng)度設(shè)置為600W/m2，0.5s時(shí)光照強(qiáng)度突然增大到1000W/m2，由仿真結(jié)果圖3可以看出功率能夠迅速的跟隨光照強(qiáng)度的增加迅速達(dá)到最大功率。

圖3 光照變化時(shí)最大功率跟蹤曲線

4 結(jié)語(yǔ)

本文以光伏電池工程數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，通過(guò)建立simulink仿真模型，將其仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際情況相比較，驗(yàn)證了此仿真模型的正確性。最后建立基于升壓電路的最大功率跟蹤仿真模型，最大功率跟蹤采用增量電導(dǎo)法，最后的仿真結(jié)果表明所搭建的模型能較好地完成對(duì)最大功率點(diǎn)跟蹤的工作，為深入研究其特性及應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)

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