基于S函数的带MPPT功能的光伏并网仿真建模

基于 S 函数的带 MPPT 功能的光伏并网仿真建模【摘要】根据已有的光伏方阵的数学模型，在 Matlab 仿真环境下，利用 S函数构建了光伏模块的仿真模型，采用电导增量法进行最大功率追踪（ MPPT） ，最后给出无差拍逆变器的设计思路和光伏单相并网模型。 利用该模型， 模拟了实际光伏模块产品在不同太阳辐射强度、 环境温度下的 I-V 和 P-V 特性， 并分析了并网后电压电流的波形， 以及逆变器的触发信号的特点， 对指导光伏并网有一定的指导意义。【关键词】太阳能；光伏系统；最大功率跟踪（ MPPT） ； S 函数；仿真1.引言太阳能光伏发电是新能源和可再生能源的重要组成部分， 被认为是当前世界上最有发展前景的新能源技术， 各发达国家均投入巨额资金竞相研究开发， 并积极推进产业化进程，大力开拓市场应用。从 1973 年我国光伏发电就开始了地面应用，之后，我国光伏发电量每年在以 20%以上的速度增长 [1]。太阳能光伏发电将是 21 世纪人类社会发展的一个重要领域。太阳能光伏电池造价昂贵，如果在研发阶段采用真实的光伏电池阵列进行试验， 将会产生试验成本高、 需要大量空旷场地和日照、自然气候依赖性强等一系列的问题，不利于初期研究。文献 [2]建立了光伏电池单体的模型，文献 [3] 建立了光伏阵列的模型，但其模型较为简单， 不能很好地反映光伏模块的特性， 并且它们都未能针对实际的光伏模块进行建模。因此，建立一个能模拟实际光伏模块的仿真模型， 能大大节约试验成本， 加快光伏发电系统的研发速度。但是，太阳能电池在工作时，随着日照强度、环境温度的不同，其端电压将发生变化， 使输出功率也产生很大变化， 故太阳能电池本身是一种极不稳定的电源， 具有明显的非线性特性。 为了实现光伏发电系统的功率输出最大化， 需要对光伏电池的输出最大功率点进行跟踪。 目前， 最大功率点跟踪的方法很多， 如恒定电压控制法，导纳增量法，扰动观测法，模糊控制法，基于预测数据的最大功率跟踪方法 [4-5] 等等。 光伏并网将太阳能电池发出的直流电转化为与电网电压同频、同相位的交流电，其核心是并网的逆变器。本文采用误差拍控制策略，采用一级 boost 升压电路，将最后的逆变的交流电由变压器直接并网，当然也可采用多级 boost 电路，但是 boost 电路的成本不容忽略。2.光伏模块的数学模型太阳能电池的基本特性和二极管类似， 当半导体材料吸收光能后， 由光子激发出电子 — 空穴对经过分离就会产生电动势。太阳能电池是光能转换的最小单元， 一般不作为电源使用， 将太阳能电池单元进行串、 并联并封装后就成为电池组件，众多太阳能电池组件按需求再进行串并联后形成太阳能电池阵列。