张晓航 李 凯 张 卡
（贵州大学电气工程学院，贵州 贵阳 550025）
【摘 要】介绍了光伏电池模型的工程数学模型，并在MATLAB/ SIMULINK 环境下建立了光伏电池的工程仿真模型。为了能够实现光伏电池的最大功率输出，本文介绍了最大功率跟踪的原理和方法。使用增量电导法实现最大功率点跟踪。并在MATLAB/SIMULINK 环境下搭建光伏发电系统的仿真模型进行了仿真。仿真结果表明，搭建的光伏电池波形以及最大功率跟踪控制的仿真结果证明了可行性，可以用于光伏发电系统的仿真研究。
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关键词 光伏电池；最大功率跟踪；增量电导法；仿真
作者简介：张晓航（1990—），男，硕士研究生，研究方向为电力电子在电力系统中的应用。
李凯（1988），男，硕士研究生，研究方向为电能质量控制。
张卡（1989—），男，工程师。
0 引言
太阳能直接辐射到地球的能量丰富，分布广泛，可以再生，对环境无污染，而且利于方便，是国际社会公认的理想新能源。因此，最近几年太阳能光伏发电获得广泛的应用。然而，光伏电池受环境的影响比较大，比如光照强度温度等等，直接并网容易对电网造成不良影响[1]。另外，光伏电池目前所普遍采用的是晶硅材料，而晶硅材料的成本较高而且转换效率也比较低。为了减少能量功率损失，提高光照的利用效率，通常采用最大功率跟踪控制使光伏输出尽可能的达到最大功率。本文仿真所采用的是工程上所用的简化数学模型。
1 光伏电池模型
光伏电池是利用半导体材料的光生伏打效应制成的，它的输出电流及电压受温度、光照强度的影响，其中外界温度变化主要影响光伏电池的输出电压，而光伏电池的输出电流主要是由光照强度影响[2]。
本文所采用的是工程用光伏电池简化模型为：
式中，e为自然底数;b=0.5为常数；c=0.0028℃-1为标准条件下的电压稳定系数；a=0.0025℃-1为标准条件下电流温度系数；Isc、Uoc、Im、Um分别为光伏电池板短路电流、开路电压、最大功率点电流、最大功率点电压。本文所搭建光伏电池板simulink模型就是基于上述工程数学模型。
2 光伏发电最大功率跟踪（MPPT）及原理
本文最大功率跟踪采用的是基于Boost电路的电导增量法，电导增量法是通过改变Boost升压电路的占空比来调整光伏电池输出的电压，使之逐渐接近最大功率点的电压来实现最大功率点的跟踪。由光伏电池的功率-电压特性曲线可以知在最大功率点出有dP/dV=0的关系，此时光伏电池的工作点位于此刻最大功率点处，需要保持参考电压大小不变，使光伏电池始终工作在最大功率点处。
3 实例分析与仿真
本文所采用的光伏电池板为1000W，每块电池板的参数为：短路电流Isc=12.92A，开路电压Uoc=107.5V，最大功率点电流Im=11.42A，最大功率点电压Um=87.5V。
3.1 光伏电池板仿真
由光伏电池的工程简化模型可知，在光照与温度一定时，其输出电流为输出电压的函数。取标准光照强度S=1000W/m2，Tref=25℃，光伏组件的电压-电流、电压-功率输出特性如图1和图2所示：
由图1和图2可知，在标准状况下（光照为1000W/m2，T=25℃），光伏组件仿真开路电压Uoc=107.5V，短路电流Isc=12.92A，最大功率点电流Im=11.42A，最大功率点电压Um=87.5V，最大功率为1000W考虑到光伏组件实物的转化效率，其误差属于可接受范（下转第144页）（上接第117页）围，表明仿真曲线得出的数值与厂家给定的几个参数值基本相等，所以，所搭建的仿真模块能较好地模拟光伏电池板输出特性。
3.2 MPPT仿真分析
在标准状况1000W/m2，T=25℃的条件下，接入负载R=100Ω电阻，Boost电路输入端电容取C1=500e-5F，电感取L=3.675e-3H。输出端电容C2=2.825e-5F。
在0.5s之前，光照强度设置为600W/m2，0.5s时光照强度突然增大到1000W/m2，由仿真结果图3可以看出功率能够迅速的跟随光照强度的增加迅速达到最大功率。
4 结语
本文以光伏电池工程数学模型为基础，通过建立simulink仿真模型，将其仿真实验结果与实际情况相比较，验证了此仿真模型的正确性。最后建立基于升压电路的最大功率跟踪仿真模型，最大功率跟踪采用增量电导法，最后的仿真结果表明所搭建的模型能较好地完成对最大功率点跟踪的工作，为深入研究其特性及应用打下了良好的基础。
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参考文献
［１］何道清,何涛,丁宏林.太阳能光伏发电系统原理与应用技术[M]．化学工业出版社,2012．
［２］胡长武,李国宝,王兰梦,等.基于Boost电路的光伏发电MPPT控制系统仿真研究[J].光电技术应用,2014,29(1):84-88.
［３］王厦楠.独立光伏发电系统及其MPPT的研究[D].南京:南京航空航天大学,2008.
［４］杨文杰.光伏发电并网与微网运行控制仿真研究[D].成都:西南交通大学,2008.
［５］李洁,刘蕴达.光伏电池和MPPT控制器的仿真模型[J].电源技术,2012,36(12):1836-1839.
［６］张翔,王时胜,余运俊.基于电导增量法MPPT仿真研究[J].科技广场,2013,2:60-64.
［责任编辑：汤静］