基于SIMULINK的光伏电池及MPPT建模仿真
光伏电源模型的正确建立对研究光伏并网意义重大，准确的建立光伏电池对研究其输出特性也非常重要。本文依据光伏电源的技术参数，运用MATLAB软件建立了可以实现最大功率跟踪的光伏电源模型。经过仿真分析，表明了此模型的实用性，重点研究其光伏输出特性。 标签：光伏电源；MPPT模型；仿真分析
Modeling and Simulation of photovoltaic cells and MPPT based on SIMULINK
（Yanchun Zhang，Xiaoyan Jiang）
（Agriculture and Animal Husbandry College of Tibet University ；Tibet ；Linzhi； 860000）
[Abstract]The correct establishment of photovoltaic power model is of great significance toresearch on photovoltaic grid-connected. Accurate establishment of photovoltaic cell is
very important to research on the output characteristic.On the basis of thetechnical parameters of photovoltaic power， through simulation analysis，a photovoltaic power model can achieve maximum power point tracking using MATLAB software，proves the feasibility of this model ，and this pape focus on the research photovoltaic output characteristics.
[keyword] photovoltaic power ； MPPT model； simulation analysis.
1引言
资源问题已经是世界上一个重大问题，太阳能被认为是最具竞争力的能源之一[1]，具有绿、环保、资源非常丰富的优点，太阳能发电在全世界范围内已经广泛开展[2]。而西藏太阳能充足，并且且具有好多荒地用来建设光伏电站，但西藏的光伏还没有得到很好的利用，而在西藏建设光伏电站正在如火如荼的进行着，光伏电能除了能够满足本地使用外，多余的电可以送至网络。而我们也清楚，太阳的辐射是随机的，其具有很强的波动性、间歇性和低可控性的特点，使得光伏并网对电能质量、低电压穿越等方面产生很多的影响。为此，学者继续研究，以实现电源跟踪，本文基于MATLAB实现光伏电源和跟踪建模，最 后进行模拟仿真。
2 光伏电池的建立
光伏特性曲线和电池本身温度（T）和光辐射强度（S）紧密相关[3]。其转换率与其光伏材料有关，我们可以将其T、S作为变量进行建模。其等效图如图2-1所示[4-5]：
图2-1光源的等效图
根据上图进行公式推导得：I=Isc[1-C1（expV/C2*Voc-1）]；C1=（1-Im/Isc）exp（-Vm/C2/Uoc）；C2=（Vm/Voc-1）/ln（1-Im/Isc）
重型门>防雷开关由于存在误差进行修正：D1=S/Sref[1+A1（T-Tref）]；Du=[1-A3（T-Tref）]ln[e+A2（S-Sref）]；I_sc=Isc*D1；V_oc=Vo*Du；I_m=Im*D1；V_m=Vm*DU。其中，A1=0.0025；A2=0.5；A3=0.00288，各自取经典值[4]。A1和A3为温度补偿系数，A2为光强度补偿系数。
乙酰丙酮铱2.2工程模型编程
同上述公式所示，在matlab/simulink模块中，依据simulink，建立新环境下的光伏电池模型图如下图2-2、2.3所示：
图2-2光伏电池内封装模型图
图2-3光伏电池外部封装图
2.3仿真结果分析
本文选用的是尚德电力公司（SunTech-Power）型号为DX-60（STP060-12/Sb）光伏电池[5]，其短路电流（3.90A），开路电压（21.6V），峰值电流（In）3.45A，峰值电压（Vn）17.4V，其输出功率约为60W。依据Simulink模块进行仿真，得到不同T和S下的I-U，P-U特性曲线如2-4所示。
（1）温度变化的I-U、P-U特性曲线
（2）光照变化的I-U、P-U特性曲线
图2-4光伏电池的模型仿真特性曲线
2最大功率点的寻
从上图2-4知，光伏输出特性具有很强的非线性，输出功率切实存在一最大值（Pmax）。控制算法需要不断调整当前的负载阻抗匹配，以实现最大输出功率。其现方法很多，常见的有：电导增量法，恒定电压法，扰动观察法，最优梯度法，滞环比较法等一系列方法[6-9]，其中，前三种方法在实际应用普遍。这是一种基于电导增量法，在图3所示的流程图为光伏电源的最大功率点跟踪模型。
图3电导增量法流程
3 MPPT及光伏阵列的最大功率点跟踪控制的建立
3.1MPPT控制模型建立
MPPT控制模型构成：包括PV模型、MPPT模型、PWM模型、DC-DC模型构成。根据对电导增量法的原理根据P=UI，对两边求导，dp/dU=I+UdI/Du，当dp/dU=0，光伏可输出最大功率，实际，△I/△U≈dI/dU，依据simulink，搭建如3-1所示模型图。图3-1电导增量法模型首饰加工技术
3.2 光伏阵列的最大功率点跟踪控制模型建立
根据以上的具体模块进行整合，建立一个光伏阵列的最大功率点跟踪控制模式，如图3-2，其参数[6]：短路电流取8.58A，峰值电流取7.94A，开路电压取22V，峰值电压取17.7V，其标准功率约为140W。
图3-2整体模型搭建图
4标况下的仿真结果分析
4.1.1标况下仿真分析
在标准条件下辐射度（Sref = 1000W/m2），温度（Tref = 25 ℃），最大电源跟踪效果图，如图 4-1所示，时间长度设置为0.1s。
（1）光伏输出功率与负载功率（2）光伏输出电压
（3）光伏输出电流（4）Boost 变换器输出电压
图 4-1标况下仿真结果图
其中，输入功率代表了光伏输出功率，而输出功率则为负载所受功率，以下图中均已P入，P出代替，不在详细指出。由图4-1（1）中可以看出系统大约在0.05s左右时，系统达到最大功率点，其输入功率为134.4W，输出功率为127.8W，效率约为，91.2%，图4-1 （2） （3）分为太阳能电池输出电压（17.2V）、电流（7.87A），由图可知，其波形稳定，满足要求；（4）升压转换器的输出电压约为40.76V，升压约2.37倍。
4.2.2温度变化仿真分析
设置仿真参数时间长设置为0.4s，每0.1s参数变化一次，在0.1s时，电池温度从25oC突变为40oC，0.2s时又下降至35oC，0.3s时恢复初始温度，而光照保持定值S=1000W/m2，其仿真图入4-2所示：
（1）光伏输出功率与负载功率（2）光伏阵列输出电压
（3）光伏阵列输出电流（4）Boost 变换器输出电压
半透明纸图4-2变温仿真结果图
从仿真的结果我们可以看到，光照不变，温度逐渐上升，太阳能光伏阵列的输出功率减少，工作电压、电流减弱，变换器输出电压有所下降；当温度降低，光伏阵列输出功率增加、电压、电流、缓慢增加，变换器输出电压有所增加，而整体变化相对较弱。
4.2.3光照变化时仿真分析
而温度T=25oC不变时，在0.05s时，辐照强度由1000W/m2变为500W/m2，0.13s时变为800KW/m2，0.2s时变为1000W/m2，其仿真图入4-3所示：
（1）光伏输出功率与负载功率（2）光伏阵列输出电压
（3）光伏阵列输出电流（4）Boost 变换器输出电压
图4-3辐照变化仿真结果图
结果表明，光照不断下降时，光伏阵列输出功率、工作电压和电流、Boost输出电压均下降，直至为零，光照上升时，上述变量均增加，整体变量的变化速度很快。
5总结
本文基于Simulink进行了模型搭建，结果可以看出其模型能很好的进行跟踪仿真，此模型从功率及输出值，包括电压、电流均符合实际误差要求，我们也可以清楚地看到，光伏电池的输出特性，具体如下几点：
（1） 光伏阵列随外界T、S的输出变化极快，具有非线性特性性质。
（2）温度的变化，对光伏阵列开路电压影响较小，而对电流影响稍大些，温度上升，其开路电压缓慢减小，短路电流也缓慢减小，反之亦然，温度的升高对光伏的输出功率起到了反作用，所以实时应该对光伏电池采取降温措施。
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（3）辐射强度的升高，对光伏的功率具有有利作用，辐照强度的上升，使得短路电流显著增加、开路电压缓慢增加，最大功率点也随之上升，反之亦然，并且影响变化量相对温度变化很快。
（4）根据电导增量原理，搭建模型，进行仿真结果表明：此模型可以很好的进行最大功率跟踪。
（5）在标况下，光伏电源及负载的承受功率均能达到实际要求，电压、电流波动范围均在
允许范围内，符合实际网络要求。
结果表明此模型具有很好的实用性，我们可以利用此模型进行光伏阵列仿真模拟。
参考文献
[1 ]中国气象局.中华人民共和国气象行业标准-太阳能资源评估方法[S]，2007.
[2]艾欣，韩晓男，孙英云.光伏发电并网及其相关技术发展现状与展望[J].现代电力，2013，2（30）：1-3.
[3] Roger A Messenger ，Jerry Venter. Photovoltaic Systems Engineering [M].2nd ed .CRC Press LLC ，2004.
[4]杨金孝，朱琳，基于matlab/simulink光伏电池模型的研究[J]，现代电子技术，2011，12（24）：1-3.
[5]http：//ap.suntech-power/images/stories/pdf/datasheets/2010/SolarSystem-Datasheet-23Dec09.pdf.
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