基于PSIM的光伏矩陣MPPT通用模型的設計與應用

基于PSIM的光伏矩陣MPPT通用模型的設計與應用
Design and Application of a Simulation Model for Photovoltaic Array with MPPT Based on PSIM
趙? 晶? ZHAO Jing
廈門理工學院電子系（廈門361024）
(Department of Electronic Engineering，Xiamen University of Technology，361024，China)
摘要：基于光伏矩陣的物理特性，在PSIM仿真環境下，設計帶有最大功率跟蹤技術（MPPT）仿真算法的光伏矩陣仿真模型，應用于實際的單相光伏并網系統。測試數據表明，仿真模型可以模擬任意參數的光伏陣列，跟蹤光照強度、環境溫度的變化，為光伏發電系統動態仿真提供良好設計平臺。
Abstract：Based on the physical model of PV array, a simulation model is designed in the PSIM environment, including the simulation arithmetic of Maximum Power Point Tracking (MPPT).It is used for a single-phase grid-connected photovoltaic system. The testing results indicate that this model can simulate any parameters of the photovoltaic module, and tracking any light intensity and ambient temperature. And that it can be used as a design platform for the dynamic emulation of the photovoltaic systems.
關鍵詞：光伏矩陣；PSIM仿真模型；MPPT；光伏發電系統
Keywords：photovoltaic array；PSIM simulation model；MPPT；photovoltaic generation system；
中圖分類號：? TM615????????????? 文獻標識碼：? A
1?引言
太陽能光伏發電系統是利用太陽電池半導體材料的光伏效應，將太陽光輻射能直接轉換為電能的一種新型發電系統。由于成本高，計算機仿真技術成為研究這類系統的有效手段。實際情況下太陽光輻射強度不穩定，光伏電池特性容易受環境溫度等因素影響，僅僅依靠準穩態理論建立的模型不能反應當太陽能輻射強度、環境溫度變化時，光伏電站瞬態變化以及這種變化對電網的影響[1]。這就需要建立光伏電站的動態仿真模型。光伏陣列是分布式光伏并網電站系統的關鍵部件，其I-V 特性是太陽輻射強度環境溫度和光伏模塊參數的非線性函數。實現光伏發電系統的動態仿真，就要對做為輸入電源的光伏陣列特性進行仿真建模。
光伏發電系統仿真軟件主要有MATLAB和PSIM。MATLAB提供多種仿真工具箱，能夠清楚了解電路的數學模型并對系統進行各種動態分析，但它無法直接與硬件連接，并且仿真速度和效果受到算法的制約，使用有一定的限制。PSIM軟件是近年來推出的一種功能強大、專門針對電力電子和自動控制建模、仿真的專業軟件，能夠提供友好的用戶界面，包含豐富的控制元件庫和強大的數學運算模型，可以將其他仿真軟件，如MATLAB軟件中的元件轉化成通用數學模型。與MATLAB軟件相比較，仿真算法采用梯形公式積分演算的節點解析法，極大提高仿真速度，仿真結果的分析處理方式靈活[2]。系統模型的功率回路和控制回路分開設計，不會產生MATLAB軟件仿真代數環問題。利用PSIM進行電力電子控制系統建模、分析與開發研究已經受到日益廣泛的關注。
建立光伏陣列數學模型一般有三類方法[3-5]，在比較上述兩種仿真軟件建模方法的基礎上選用PSIM仿真軟件，考慮實際系統帶有的最大功率跟蹤MPPT功能，基于光伏矩陣物理模型建立相應通用仿真模型，描述光伏電池特性并模擬外界環境變化。