畢業(yè)設計(論文)+基于psim的光伏陣列仿真模型的研究

1、1基于PSIM的光伏陣列仿真模型的研究摘要:根據光伏電池相關的理論和數學模型，利用PSIM建立一種簡單并且準確的光伏陣列模型。同時，在此模型的基礎上建立具有MPPT功能的直流變換器仿真模型。比較不同環(huán)境下的輸出曲線的仿真結果以及實驗數據。仿真結果和實驗數據吻合，證明了此模型的適用性和準確性。關鍵詞關鍵詞:光伏電池；仿真；PSIM；最大功率點跟蹤ThestudiesofSimulationModelfPVArrayusingPSIMAbs

2、tract:BasedonthetheymathematicaltreatmentfthephotovoltaiccellasimpleaccuratePVarraymodelsuitablefcircuitientedsimulatPSIMisdeveloped.BythemodelasimulationmodeloftheDCDCconverterwithMPPTisestablished.Outputacteristicsareg

3、eneratedthroughsimulationfdifferentconditioncomparedwiththeexperimentallyobtainedacteristics.Simulationexperimentalresultareincloseagreementwitheachother.ThisverifiestheaccuracysuitabilityofthedevelopedPSIMmodel.Keywds:p

4、hotovoltaiccellPVarraysimulationPSIMMPPT1介紹太陽能由于具有取之不盡、用之不竭、分布廣泛、容易獲取和環(huán)保清潔等眾多優(yōu)點，已經變得越來越重要，但它亦有一些固有的缺陷：能量分散性大、密度低，光照強度因季節(jié)、晝夜的變化具有間歇性，而且受氣候、地理環(huán)境的影響很大。因此，為了從光伏陣列中獲得最大的能量輸出，要求光伏陣列在任意時刻都工作在其最大功率點（MPP）附近。如何使光伏陣列的負載與其最大功率點相匹配一直

5、是光伏發(fā)電領域的研究熱點，而計算機仿真則是研究這一內容的有效手段。光伏電池是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的關鍵部件，其特性是太陽輻射強度、環(huán)境溫度和光伏模塊參數的IV?非線性函數。要實現光伏發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)仿真，首先一步是如何對光伏陣列特性能進行仿真模擬。IV?通常有兩種仿真建模方法[1]：基于光伏陣列物理機制和外特性的建模方法。兩種方法各有千秋，但是基于物理機制的模型由于不利于電路仿真用戶解讀，尤其在目前光伏陣列產品更新快的時代背景下其模型參數往往與

6、光伏產品的常規(guī)參數對應關系不明確而影響仿真精度?；谕馓匦缘哪Ｐ蛣t由于其對電路仿真用戶的友好接口而具有較高的試用價值。在光伏發(fā)電系統(tǒng)里，如飛行器和衛(wèi)星的電源系統(tǒng)，光伏陣列所發(fā)的電能的質量和性能很差，很難直接供給負載試用，需要使用電力電子器件構成的變換器將該電能進行適當的控制和變換。變換器是DCDC?通過控制電壓的方法將不控的直流輸入變?yōu)榭煽氐闹绷鬏敵龅囊环N變換電路。用變換器可以實DCDC?現對光伏陣列的最大功率點追蹤（MPPT）[2]。

7、PSIM[3]是針對電力電子電路以及電力拖動而設計的軟件，其中的器件都基本采用理想模型，計算速度非?？欤m然不能直接分析復雜的電力電子開關過渡過程，但是用戶可建立自己的期間模型，給建模帶來了很大的靈活性。本文在PSIM仿真環(huán)境的基礎上，基于光伏陣列的外特性，提出了一種簡單光伏陣列仿真模型。該模型很好的處理了光伏陣列產品參數變化（如標準條件下光伏電池的短路電流、開路電壓、電壓電流溫度系數等）、環(huán)境溫度、太陽輻射強度、光伏陣列串并聯(lián)數等對特

8、性的影響，并考慮了系統(tǒng)是否帶IV?有MPPT功能。本文基于以上理論，建立了一種基于PSIM的光伏陣列仿真模型。3其中，=。為了簡化公式（2），可以對作二階泰勒展開，在考慮其結phaIphI0I(1)ApphaIInNI?果近似和降低算式復雜度的綜合考量下，其泰勒展開式近似于。將此近似值代入（2），簡化2ApphaINI?后可得：（3）02()()phassAAsgpphaINNVIRInNII??????其中，=。sgRsspNRN在（

9、3）的基礎上可以建立光伏陣列的PSIM模型。4光伏陣列仿真模型目前，國內外光伏陣列仿真模型的研究[1][2][6]主要建立在基于S函數的MATLABSimulink仿真軟件的基礎上。光伏發(fā)電系統(tǒng)屬于電力電子應用系統(tǒng)的一種，有很多應用系統(tǒng)仿真的商用軟件，如PSPICE、MATLAB、SABER和PSIM，對于PSPICE來說，其主要應用于電子電路的仿真，雖然人們在PSPICE下實現了電力電子器件模型，但是在將這些模型用于電路仿真并采用比較

10、靈活的控制策略時仍有很大局限性，因此在PSPICE環(huán)境下實現像光伏發(fā)電閉環(huán)控制這種復雜控制策略，具有相當難度。MATLAB下的SIMULINKPowersystem工具包也具有仿真電力電子電路的功能，并且在實現控制策略方面具有很大的優(yōu)勢，但是其采用的功率器件模型過于簡單，電力電子主電路建模不夠靈活。SABER不適合單獨的項目研究和短期的開發(fā)行為。而PSIM由于是針對電力電子電路以及電力拖動而設計的軟件，其中的器件都基本采用理想模型，計算

11、速度非常快，雖然不能直接分析復雜的電力電子開關過渡過程，但是用戶可建立自己的期間模型，給建模帶來了很大的靈活性。另外，PSIM軟件具有C語言和MATLAB接口，在容易實現電力電子主電路建模的基礎上，充分擴展了控制策略的實現方式，集合了幾個仿真軟件的優(yōu)勢，所以，我們選擇PSIM作為我們的仿真平臺。在進行建模之前，先作如下假設：1)忽略光伏電池的分布效應。2)忽略光伏照射不均勻產生的溫度梯度。3)忽略陰影遮擋部分組件或單片電池在恒流條件下被