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1、第25卷第4期广东工业大学学报Vol.25No.42008年12月JournalofGuangdongUniversityofTechnologyDecember2008基于S函数的实用光伏模块Matlab仿真模型王锋,张淼,张矛盾(广东工业大学自动化学院,广东广州510090)摘要:基于光伏模块的数学模型,在Matlab仿真环境下,利用S函数构建了实用的光伏模块仿真模型.利用该模型,可以模拟实际光伏模块产品在不同太阳辐射强度、环境温度下的I2V和P2V特性.该模型可直接用于光伏发电系统的动态仿真研究,仿真结果证明了所建模型的合理性和实用性.关键词:光伏模块;S函数;仿真模型中图分类号:T
2、P391.9文献标识码:A文章编号:100727162(2008)0420069204太阳能是当今发展速度最快的新能源之一Vop-dv,从C=1-Imax×eC2×Voc,(2)120世纪90年代末期以来,太阳能光伏发电产品每Isc年以约30%的速度增长.我国光伏发电的地面应用VmaxImaxC2=-1×ln1-,(3)始于1973年,20世纪90年代以来,我国光伏电池VscIsc[1]RR的用量每年在以20%以上的速度增长.太阳能光di=a××dt+-1×Isc,(4)RrefRref-1伏发电将是21世纪人类社会发展的一个重要领域.dv=-b×dt-RS×di,(5)太阳能光伏电池造价
3、昂贵,如果在研发阶段采用真dt=Tc-Tref.(6)实的光伏电池阵列进行试验,将会产生试验成本高、其中,Rref、Tref分别为光伏电池的太阳辐射强度和温需要大量空旷场地和对日照、自然气候依赖性强等2度参考值,一般取为1kW/m、25℃.在此参考条件一系列的问题,不利于初期研究.对于光伏电池的仿下,各参数的含义如下:真建模,目前已有较多的研究,文献[2]建立了光伏a:电流变化温度系数,A/℃;b:电压变化温度电池单体的模型,文献[3]建立了光伏阵列的模型,系数,V/℃;RS:光伏阵列的串联电阻,它受光伏组但其模型较为简单,不能很好地反映光伏模块的特件的串并联数影响,一般只有几欧姆;Isc
4、:短路电流,性,并且它们都未能针对实际的光伏模块进行建模.A;Voc:开路电压,V;Imax:最大功率点电流,A;Vmax:因此,建立一个能模拟实际光伏模块的仿真模型,能最大功率点电压,V;Vop:光伏模块的工作电压,V;I:大大节约试验成本,加快光伏发电系统的研发速度.光伏模块的工作电流,A;Tc:当前环境温度,℃;R:1光伏模块的数学模型2当前太阳辐射强度,kW/m.单体太阳能电池的输出电压、电流和功率都很2光伏阵列仿真模型小,一般来说电压只有015V左右,输出功率只有[4]基于上述数学模型,本文利用Matlab环境中的1～2W,不能满足作为电源应用的要求.为提高[6]Simulink
5、工具,结合S函数,建立了光伏模块的输出功率,需要将多个单体电池封装成光伏模块,再仿真模型如图1所示,Tc为当前环境温度输入,R为将多个光伏模块组成光伏阵列,然后以光伏阵列的当前太阳辐射强度输入,Vop为光伏模块的工作电方式进行输电.压,I为光伏模块电流输出(MPPT致能时I为最大本文用于Matlab建模的光伏模块的数学模[5]功率点电流),Umax为最大功率点电压输出,GND为型为Vop-dv接地点.图2为该仿真模型的内部结构,其中,PV_I=I×1-C×eC2×Voc-1+di,(1)sc1Module_sfun模块为S函数,用以确定任意太阳辐射其中:和环境温度下光伏模块的I2V关系和进
6、行光伏模块的最大功率追踪(MPPT);MPPTselect模块用以信收稿日期:2008203220作者简介:王锋(19822),男,硕士研究生,主要研究方向为电力电子系统及电能质量控制.70广东工业大学学报第25卷号转换及是否选择MPPT输出.p1=u13(Isc3(12C13(exp((u12dv)/C2/Voc)21))+di);u2=u1+k1;p2=u23(Isc3(12C13(exp((u22dv)/C2/Voc)21))+di);k2=(p22p1)/(u22u1);U=(u1+u2)/2;k=abs(k2);else图1光伏模块仿真模型u1=u12k1;p1=u13(Isc3
7、(12C13(exp((u12dv)/C2/Voc)21))+di);u2=u12k1;p2=u23(Isc3(12C13(exp((u22dv)/C2/Voc)21))+di);图2光伏模块仿真模型内部结构k2=(p22p1)/(u22u1);U=(u1+u2)/2;S函数的部分代码如下:k=abs(k2);functionsys=mdlOutputs(t,x,u,Isc,Im,Voc,endVm)enda=0.015
