畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)+基于psim的光伏陣列仿真模型的研究

1、1基于PSIM的光伏陣列仿真模型的研究摘要:根據(jù)光伏電池相關(guān)的理論和數(shù)學(xué)模型，利用PSIM建立一種簡(jiǎn)單并且準(zhǔn)確的光伏陣列模型。同時(shí)，在此模型的基礎(chǔ)上建立具有MPPT功能的直流變換器仿真模型。比較不同環(huán)境下的輸出曲線的仿真結(jié)果以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，證明了此模型的適用性和準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:光伏電池；仿真；PSIM；最大功率點(diǎn)跟蹤ThestudiesofSimulationModelfPVArrayusingPSIMAbs

2、tract:BasedonthetheymathematicaltreatmentfthephotovoltaiccellasimpleaccuratePVarraymodelsuitablefcircuitientedsimulatPSIMisdeveloped.BythemodelasimulationmodeloftheDCDCconverterwithMPPTisestablished.Outputacteristicsareg

3、eneratedthroughsimulationfdifferentconditioncomparedwiththeexperimentallyobtainedacteristics.Simulationexperimentalresultareincloseagreementwitheachother.ThisverifiestheaccuracysuitabilityofthedevelopedPSIMmodel.Keywds:p

4、hotovoltaiccellPVarraysimulationPSIMMPPT1介紹太陽(yáng)能由于具有取之不盡、用之不竭、分布廣泛、容易獲取和環(huán)保清潔等眾多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)變得越來(lái)越重要，但它亦有一些固有的缺陷：能量分散性大、密度低，光照強(qiáng)度因季節(jié)、晝夜的變化具有間歇性，而且受氣候、地理環(huán)境的影響很大。因此，為了從光伏陣列中獲得最大的能量輸出，要求光伏陣列在任意時(shí)刻都工作在其最大功率點(diǎn)（MPP）附近。如何使光伏陣列的負(fù)載與其最大功率點(diǎn)相匹配一直

5、是光伏發(fā)電領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而計(jì)算機(jī)仿真則是研究這一內(nèi)容的有效手段。光伏電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，其特性是太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度和光伏模塊參數(shù)的IV?非線性函數(shù)。要實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真，首先一步是如何對(duì)光伏陣列特性能進(jìn)行仿真模擬。IV?通常有兩種仿真建模方法[1]：基于光伏陣列物理機(jī)制和外特性的建模方法。兩種方法各有千秋，但是基于物理機(jī)制的模型由于不利于電路仿真用戶(hù)解讀，尤其在目前光伏陣列產(chǎn)品更新快的時(shí)代背景下其模型參數(shù)往往與

6、光伏產(chǎn)品的常規(guī)參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系不明確而影響仿真精度?；谕馓匦缘哪Ｐ蛣t由于其對(duì)電路仿真用戶(hù)的友好接口而具有較高的試用價(jià)值。在光伏發(fā)電系統(tǒng)里，如飛行器和衛(wèi)星的電源系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)的電能的質(zhì)量和性能很差，很難直接供給負(fù)載試用，需要使用電力電子器件構(gòu)成的變換器將該電能進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪妥儞Q。變換器是DCDC?通過(guò)控制電壓的方法將不控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵龅囊环N變換電路。用變換器可以實(shí)DCDC?現(xiàn)對(duì)光伏陣列的最大功率點(diǎn)追蹤（MPPT）[2]。

7、PSIM[3]是針對(duì)電力電子電路以及電力拖動(dòng)而設(shè)計(jì)的軟件，其中的器件都基本采用理想模型，計(jì)算速度非?？欤m然不能直接分析復(fù)雜的電力電子開(kāi)關(guān)過(guò)渡過(guò)程，但是用戶(hù)可建立自己的期間模型，給建模帶來(lái)了很大的靈活性。本文在PSIM仿真環(huán)境的基礎(chǔ)上，基于光伏陣列的外特性，提出了一種簡(jiǎn)單光伏陣列仿真模型。該模型很好的處理了光伏陣列產(chǎn)品參數(shù)變化（如標(biāo)準(zhǔn)條件下光伏電池的短路電流、開(kāi)路電壓、電壓電流溫度系數(shù)等）、環(huán)境溫度、太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、光伏陣列串并聯(lián)數(shù)等對(duì)特

8、性的影響，并考慮了系統(tǒng)是否帶IV?有MPPT功能。本文基于以上理論，建立了一種基于PSIM的光伏陣列仿真模型。3其中，=。為了簡(jiǎn)化公式（2），可以對(duì)作二階泰勒展開(kāi)，在考慮其結(jié)phaIphI0I(1)ApphaIInNI?果近似和降低算式復(fù)雜度的綜合考量下，其泰勒展開(kāi)式近似于。將此近似值代入（2），簡(jiǎn)化2ApphaINI?后可得：（3）02()()phassAAsgpphaINNVIRInNII??????其中，=。sgRsspNRN在（

9、3）的基礎(chǔ)上可以建立光伏陣列的PSIM模型。4光伏陣列仿真模型目前，國(guó)內(nèi)外光伏陣列仿真模型的研究[1][2][6]主要建立在基于S函數(shù)的MATLABSimulink仿真軟件的基礎(chǔ)上。光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于電力電子應(yīng)用系統(tǒng)的一種，有很多應(yīng)用系統(tǒng)仿真的商用軟件，如PSPICE、MATLAB、SABER和PSIM，對(duì)于PSPICE來(lái)說(shuō)，其主要應(yīng)用于電子電路的仿真，雖然人們?cè)赑SPICE下實(shí)現(xiàn)了電力電子器件模型，但是在將這些模型用于電路仿真并采用比較

10、靈活的控制策略時(shí)仍有很大局限性，因此在PSPICE環(huán)境下實(shí)現(xiàn)像光伏發(fā)電閉環(huán)控制這種復(fù)雜控制策略，具有相當(dāng)難度。MATLAB下的SIMULINKPowersystem工具包也具有仿真電力電子電路的功能，并且在實(shí)現(xiàn)控制策略方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是其采用的功率器件模型過(guò)于簡(jiǎn)單，電力電子主電路建模不夠靈活。SABER不適合單獨(dú)的項(xiàng)目研究和短期的開(kāi)發(fā)行為。而PSIM由于是針對(duì)電力電子電路以及電力拖動(dòng)而設(shè)計(jì)的軟件，其中的器件都基本采用理想模型，計(jì)算

11、速度非?？?，雖然不能直接分析復(fù)雜的電力電子開(kāi)關(guān)過(guò)渡過(guò)程，但是用戶(hù)可建立自己的期間模型，給建模帶來(lái)了很大的靈活性。另外，PSIM軟件具有C語(yǔ)言和MATLAB接口，在容易實(shí)現(xiàn)電力電子主電路建模的基礎(chǔ)上，充分?jǐn)U展了控制策略的實(shí)現(xiàn)方式，集合了幾個(gè)仿真軟件的優(yōu)勢(shì)，所以，我們選擇PSIM作為我們的仿真平臺(tái)。在進(jìn)行建模之前，先作如下假設(shè)：1)忽略光伏電池的分布效應(yīng)。2)忽略光伏照射不均勻產(chǎn)生的溫度梯度。3)忽略陰影遮擋部分組件或單片電池在恒流條件下被