最大功率点跟踪及孤岛保护

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1、最大功率点跟踪及孤岛保护第一章：光伏电池的两类模型1.1原理模型太阳能光伏电池等效数学模型如图1.1所示[1]。图1.1光伏电池等效电路图由图中设定的电压电流正方向可得到光伏电池的电流公式：（1）（2）（3）（4）将（2）、（3）、（4）式代入（1）式中，可得到光伏输出电流表达式：（5）式中，—光伏电池的输出电流，单位A；—光生电流，单位A；—流过的电流，单位A；为流过二极管的电流，单位A；V—光伏电池的输出电压，单位V；S—光照强度，标准条件下为1000；T—光伏电池表面温度，标准条件下为25；—参考温度，取25；—温度系数；—光伏电池的短路电流，单位A；—二极管

2、反向饱和电流（其数量级为0.0001A）；q—电荷电量，为C；n—二极管排放系数；K—波尔兹曼常数，为J/K；、—串联和并联电阻，一般为几到几之间，而一般为几。1.2工程模型由于光伏电池厂家只提供光伏电池的五个参数，分别为短路电流，开路电压，最大功率，最大功率点电压及电流。文献[4]只利用厂家给出的五个参数对原理数学模型做了两个近似，提出了太阳能电池的工程数学模型，文献[4]、[5]都通过实验验证了模型是满足工程精度且实用性强。：（6）（7）（8）由式[6]、[7]、[8]可以看出只需参数、、、即可解出、，最后可以复现出电池的电流电压、功率电压曲线。但是只利用式（6

3、）、（7）、（8）只能复现标准条件下的特性曲线，而不能研究不同光照强度及温度对电池输出特性的影响。为了使工程电池具有通用性文献[4]给出两种方法，第一种是对参考日照强度和参考温度下I-V曲线上的点（V，I）的移动得到新的I-V曲线上的点（V1,I1）；方法二是对、、、进行修正。本文采用也采用对、、、进行修正的方法，但修正方法不同于文献[4]的方法二。具体如下：（9）（10）（11）1.3光伏阵列数学模型由电路的串并联理论可知个光伏电池构成的光伏阵列有如下关系。（11）（12）（13）式中V、I和P分别为太阳能电池的输出电压、输出电流和输出功率，N和M为太阳能电池串联

4、数目和并联数目，、和为光伏阵列的输出电压、输出电流及输出功率。由式以上得到光伏阵列的数学模型如下：（14）第二章：光伏电池最大功率点跟踪2.1光伏阵列的输出特性为了更好的理解光伏阵列的输出特性，本文根据光伏阵列的工程模型建立了光伏阵列的仿真模型，对光照强度相同、温度不同及温度相同、光照强度不同这两种情况下光伏阵列的I-V和P-V输出特性曲线进行了仿真分析。仿真模型中的光伏电池参数采用了实验室现有的某公司生产的100W的单晶硅光伏电池，其主要参数如表3-1所示。表3-1100W光伏电池参数表MONOorPOLYMaximumpowerMaximumpowervolta

5、geMaximumpowercurrentOpencircuitvoltageShortcircuitcurrentMONO100W35.64V2.81A42.84V3.14A在日照不同、结温相同和日照相同、结温不同情况下的光伏电池I-V、P-V特性曲线，如图2.1、2.2所示。图2.1光照强度不同情况下l一V、P一V特性曲线图2.1为光伏电池结温不变、日照强度变化情况下的一组I-V和P-V特性曲线，从图中可以得出以下结论:1、光伏电池的短路电流随光照强度增强而变大，两者近似为比例关系;光伏电池的开路电压在各种日照条件下变化不大;2、光伏电池的最大输出功率随光照强度

6、增强而变大，且在同一日照环境下有唯一的最大输出功率点。在最大功率点左侧，输出功率随电池端电压上升呈近似线性上升趋势;到达最大功率点后，输出功率开始快速下降，且下降速度远大于上升速度;3、如图2.1左图所示:在虚线A的左侧，光伏电池的特性近似为电流源，右侧近似为电压源。虚线A对应最大功率点时光伏电池的工作电流，约为电池短路电流的90%;4、如图2.1右图所示:结温一定的情况下，光伏电池最大功率点对应的输出电压值基本不变。该值约为开路电压的76%。图2.2光伏器件结温变化情况下l-V、P-V特性曲线图2.2为光伏电池日照强度不变、结温变化情况下的一组I-V和P-V特性曲

7、线，从图中可以得出以下结论:1、如图2.2左图所示:光伏电池的结温对光伏电池的短路电流影响不大，随着温度的上升输出短路电流只是略有增加;光伏电池的开路电压随电池结温的上升而下降，且变化范围较大;2、如图2.2右图所示:光伏电池输出功率总的变化趋势与不同日照条件下的功率变化相似。但相同日照情况下其最大输出功率随电池温度的上升而下降，且最大功率点对应的工作电压随温度上升而下降。综上所述，光伏电池的输出功率与它所受的日照强度、环境温度有密切的关系。在不同外部环境情况下，光伏电池的输出功率会有较大的变化。因此光伏发电系统必须采用相关电路和控制方法对输出功率加以控制使其输