帶改進(jìn)型MPPT技術(shù)的光伏電池MATLAB仿真

付 豪，王 泉，屈夢(mèng)然

(三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

隨著社會(huì)科技和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求也遠(yuǎn)勝于前，清潔、可再生的新能源應(yīng)用已成為必然趨勢(shì)。光伏電池作為構(gòu)成光伏發(fā)電系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，在輸出特性受太陽(yáng)光照輕度、環(huán)境溫度等外在條件影響明顯的情況下，如何保證其輸出功率最大，提高它的太陽(yáng)光利用率，多年來一直是備受關(guān)注的問題[1-3]。本文利用MATLAB/Simulink軟件建立了光伏電池的工程數(shù)學(xué)模型，仿真得到與實(shí)際一致的輸出特性，證明了模型的可用性。同時(shí)為使光伏電池的輸出功率最大，分析了傳統(tǒng)擾動(dòng)觀察法(Perturbation and Observation Algorithm，P&O)的工作原理及不足點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的變步長(zhǎng)尋優(yōu)擾動(dòng)觀察法。通過與傳統(tǒng)固定步長(zhǎng)算法對(duì)比，驗(yàn)證了該方法的可行性。

1 光伏電池的原理及建模

1.1 光伏電池等效數(shù)學(xué)模型

太陽(yáng)能電池等效電路如圖1所示[4-6]。若給定光伏電池工作條件(溫度與光照強(qiáng)度等)，并在其兩極接上負(fù)載電阻R，便可模擬得到光伏電池輸出電流與電壓的特性方程式中，Iph為光生電流；Ish為旁路泄漏電流；ID為流過二極管的電流；IO為二極管反向飽和電流；Rs為串聯(lián)電阻，Rsh為并聯(lián)電阻；a=nkT/q，為與溫度有關(guān)的曲線擬合因子，n為二極管因子，k為玻爾茲曼常數(shù)(1.38×10-23J/K)，q為電子電荷(1.6×1019C)。

圖1 光伏電池等效電路

(1)

實(shí)際應(yīng)用中，電池廠商提供：標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下(溫度T=25 ℃，光照強(qiáng)度S=1 kW/m2)電池的開路電壓Voc，最大功率點(diǎn)電壓Vm，短路電流Isc，最大功率點(diǎn)電流Im4個(gè)參數(shù)，以此建立數(shù)學(xué)表達(dá)式[7]

(2)

(3)

(4)

由于已知的4個(gè)參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的實(shí)測(cè)值，為適用于復(fù)雜多變的環(huán)境，還需對(duì)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行修正，式(5)和式(6)分別為電流修正系數(shù)和電壓修正系數(shù)，代入式(7)和式(8)便可得到修正后的4個(gè)參數(shù)值[8]。……