基于MATLAB的光伏电池通用数学模型

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1、第25卷第4期电力科学与工程Vo1．25，No．4Apr．，2009ll2009年4月ElectricPowerScienceandEngineering基于MATLAB的光伏电池通用数学模型王长江(华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206)摘要：针对光伏电池输出特性具有强烈的非线性，根据太阳能电池的直流物理模型，利用MATLAB建立了太阳能光伏阵列通用的仿真模型。利用此模型，模拟任意环境、太阳辐射强度、电池板参数、电池板串并联方式下的光伏阵列I-V特性。模型内部参数经过优化，较好地反应了电池实际特性。模型带有最大功率点跟踪功能，能很好地实现光伏发电系统最佳工作点的跟踪。关键词：光伏

2、电池；MPPT；I-V特性中图分类号：TM615文献标识码：A0引言1光伏电池特性随着化石能源的消耗，全球都在面临能源危1．1光伏电池理论模型机，太阳能依靠其清洁、分布广泛等特点成为当今太阳能电池等效电路如图1所示n。发展速度居第二位的能源⋯。光伏阵列由多个单体太阳能电池进行串并联封lLVRVV装而成，是光伏发电的能源供给中心，其一特。性曲线随日照强度和太阳能电池温度变化，即1-f、、)，0lz≤‘=，Il(S，。目前而厂家通常仅为用户提供标准测试的短路电流。、开路电压。、最大功率点电流IL、最大功率点电压值，所以如何根据已有的图1太阳能电池等效电路标准测试数据来仿真光伏阵列在不同日照、温度

3、下一厶{e[]_l}一百V+Rj(1)的』一，P—特性曲线，在光伏发电系统分析研究中显得至关重要乜】。式中厶为光伏阵列电流；厶为反向饱和电流：g为文献【3～4]介绍了一些光伏发电相关的仿真电子电荷(1．6×1019C)；n为二极管因子：为玻模型，但这些模型都需要已知一些特定参数，使得耳兹曼常数(1．38~10～J．／K)；R为串联电阻；凡分析研究有一些困难。文献[5】介绍了经优化的为并联电阻。光伏电池模型，但不能任意改变原始参数。文献日照强度为1kW／m，0．75kW／m，0．5[6]给出了光伏电池的原理模型，但参数选用典型kW／m，温度为25℃时，一特性曲线如图2所值，会造成较大的误差。示

4、，由图中可以看出，光伏电池的一特性为非本文考虑工程应用因素，基于太阳能电池的物线性的，曲线左侧类似于电流源曲线，右侧类似于理模型，建立了适用于任何条件下的工程用光伏电电压源曲线。池仿真模型。以上是光伏电池的理论模型，已经广泛应用于收稿日期：2009-02-01．作者简介：王长江(1983一)，男，华北电力大学电气与电子工程学院硕士研究生l2电力科学与工程2009笠=。(1一cA(1+bAS)(10)式中系数口，C采用典型值：a=0．0025／℃；c=0．00288／'C。系数b采用优化后的参数值[31：6=一0．1949+7．056×l0-4xS图2太阳能电池，～特性曲线设为任意的环境温度，

5、则光伏电池板温度为：太阳能电池的理论分析中，但式(1)中参数，厶，TE+(11)。，出和难以确定，且不是厂家提供的技术参数，不便于工程的分析应用。式中据试验测得大量数据取为O．03℃m2厂w。1．2光伏电池工程模型厂家提供标准条件(日照强度=1kW／m，2最大功率点跟踪(MPPT)模型电池温度TB=25℃)下电池板的测试参数。，。，厶，，为建立工程用模型，在式(1)的基础上做光伏阵列一V特性是非线性的，所以存在一两个近似陋：个点，能使得光伏阵列输出功率最大，使得光伏发(1)由于n非常大，所以忽略(出项。电系统的能量转换效率最高。最大功率点跟踪(2)R。远小于二极管正向导通电阻，所以假设(MP

6、PT)已经成为国内外的研究热点。L。=n。2．1方法1基于以上假设，光伏电池一方程简化为：由任意时刻光伏电池的输出电流、输出电压求解。光复阵列在任意日照强度和环境温度下的功率仁五一C。[exp(C2)一1](2)为：最大功率点时P=IV=L。[1一C。(exp(V／C2Vo)一1)]V(12)exp(Vm／。)一1exp(I'm／C21Io)在最大功率点处由极值条件dP／dV=0得：可解Cl，得：。[1一C1(exp(Vo)一1)卜C。=(1一L／L)exp(-Vm／C2)(3)L。VC。exp(1Io)(c2)=0(13)=(Vm／1Io一1)[1n(1一L)(4)上式为一个超越方程，可由

7、迭代法解出对应的最大功率点电压，代入式(2)即可求得厶，最当日照强度和电池温度均有变化时，重新计算大输出功率为：。，。，。，⋯，一一然后求出C。J。，C2。，即可得新的一特性曲线：尸【=，mVm(14)AS_-s1(5)2·2方法2一利用日照强度和电池温度变化量来求，厶。△一r如式(9)、(10)所示，相乘即可得：=厶Vo。。=(1-cA(1+6△)(7)方法1是基于系统的实际输出量求得的最大功Lo．0w=L