基于PSIM之光伏矩阵MPPT通用模型之设计与应用

摘要：基于光伏矩阵之物理特性，在PSIM仿真环境下，设计带有 大功率跟踪技术（MPPT）仿真算法之光伏矩阵仿真模型，应用于实际之单相光伏并网系统。阳光电子学校维修专家分析认为：测试数据表明，仿真模型可以模拟任意参数之光伏阵列，跟踪光照强度、环境温度之变化，为光伏发电系统动态仿真提供良好设计平台。阳光电子学校维修专家分析认为：
Abstract：Based on the physical model of PV array, a simulation model is designed in the PSIM environment, including the simulation arithmetic of Maximum Power Point Tracking (MPPT).It is used for a single-phase grid-connected photovoltaic system. The testing results indicate that this model can simulate any parameters of the photovoltaic module, and tracking any light intensity and ambient temperature. And that it can be used as a design platform for the dynamic emulation of the photovoltaic systems.
关键词：光伏矩阵；PSIM仿真模型；MPPT；光伏发电系统
Keywords：photovoltaic array；PSIM simulation model；MPPT；photovoltaic generation system；
中图分类号：  TM615              文献标识码：  A
1 引言
        太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料之光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能之一种新型发电系统。阳光电子学校维修专家分析认为：由于成本高，计算机仿真技术成为研究这类系统之有效手段。阳光电子学校维修专家分析认为：实际情况下太阳光辐射强度不稳定，光伏电池特性容易受环境温度等因素影响，仅仅依靠准稳态理论建立之模型不能反应当太阳能辐射强度、环境温度变化时，光伏电站瞬态变化以及这种变化对电网之影响[1]。阳光电子学校维修专家分析认为：这就需要建立光伏电站之动态仿真模型。阳光电子学校维修专家分析认为：光伏阵列是分布式光伏并网电站系统之关键部件，其I-V 特性是太阳辐射强度环境温度和光伏模块参数之非线性函数。阳光电子学校维修专家分析认为：实现光伏发电系统之动态仿真，就要对做为输入电源之光伏阵列特性进行仿真建模。阳光电子学校维修专家分析认为：
光伏发电系统仿真软件主要有MATLAB和PSIM。阳光电子学校维修专家分析认为：MATLAB提供多种仿真工具箱，能够清楚了解电路之数学模型并对系统进行各种动态分析，但它无法直接与硬件连接，并且仿真速度和效果受到算法之制约，使用有一定之限制。阳光电子学校维修专家分析认为：PSIM软件是近年来推出之一种功能强大、专门针对电力电子和自动控制建模、仿真之专业软件，能够提供友好之用户界面，含丰富之控制元件库和强大之数学运算模型，可以将其他仿真软件，如MATLAB软件中之元件转化成通用数学模型。阳光电子学校维修专家分析认为：与MATLAB软件相比较，仿真算法采用梯形公式积分演算之节点解析法，极大提高仿真速度，仿真结果之分析处理方式灵活[2]。阳光电子学校维修专家分析认为：系统模型之功率回路和控制回路分开设计，不会产生MATLAB软件仿真代数环问题。阳光电子学校维修专家分析认为：利用PSIM进行电力电子控制系统建模、分析与开发研究已经受到日益广泛之关注。阳光电子学校维修专家分析认为：
建立光伏阵列数学模型一般有三类方法[3-5]，在比较上述两种仿真软件建模方法之基础上选用PSIM仿真软件，考虑实际系统带有之 大功率跟踪MPPT功能，基于光伏矩阵物理模型建立相应通用仿真模型，描述光伏电池特性并模拟外界环境变化。阳光电子学校维修专家分析认为：

2 光伏矩阵数学模型
      光伏电池I-V特性与太阳辐射强度S和光伏电池温度T有极大关系，即I=f（U，S，T）。阳光电子学校维修专家分析认为：采用单结晶硅为材料之光伏电池电路原理如图1 所示[6]。阳光电子学校维修专家分析认为：

Rsh为考虑载流子产生与复合以及沿电池边缘之表面漏电流而设计之等效并联电阻，Rs为扩散顶区之表面电阻、电池体电阻及上下电极之间之欧姆电阻等复合得到之等效串联电阻。阳光电子学校维修专家分析认为：
图1之太阳能光伏电池等效电路得出：   I = IL- ID - Ish                           (1)
其中：I是光伏模块输出电流；IL是光生电流；ID是流过二极管电流；Ish是光伏模块漏电流。阳光电子学校维修专家分析认为：
根据电子学理论，由材料物理特性决定之理想二极管太阳能电池I-V特性为：

 （2）
    

                                                 （3）
式中  V——光伏模块输出电压；ID0——二极管反相饱和电流；q——电荷电量；n——二极管性能指数；k——波兹曼常数；TC——太阳能电池温度；T0——绝对零度；T——外界温度。阳光电子学校维修专家分析认为：
当太阳电池处于开路状态时，开路电

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