基于Matlab的一种光伏阵列模拟器的研究.pdf

在当前环境下，太阳能光伏发电的开发利用受到广泛关注，并且随着技术的不断进步，其在未来世界电力供应中所占比重将显著上升。预计到2030年和2050年，太阳能发电有望分别达到全球电力供应的10%以上和20%以上。在此背景下，光伏发电系统已成为众多国家研究的焦点。 研究光伏发电系统时，通常会面临成本高昂、需要大量空旷场地以及对日照和自然气候条件依赖性强等问题。为了规避这些问题，开发一种低成本、能够按照实际光伏电池的电流-电压(I-V)特性输出的模拟器，以便在室内进行光伏实验，并且不受场地和环境因素的影响，显得尤为重要。 目前，国内外已经有关于光伏阵列模拟器的研究，并且一些样机也已经制作完成。光伏阵列模拟器的基本原理主要有以下三种类型： 1. 跟随样品光伏电池的光伏电池模拟器：这类模拟器通过使用可控的白炽灯模拟太阳光的强度变化，使样品电池的输出电压和电流随模拟光强变化而变化。经放大后，驱动功率器件，使其输出跟随样品光伏电池的电压和电流，从而替代实际的光伏电池阵列进行试验。 2. 数字式光伏电池模拟器：这类模拟器基于光伏电池的数学模型，利用上位计算机和专用控制软件，控制稳压稳流高频可控直流开关电源。在上位机中建立环境和电池参数的数据表格，通过采样输出电流和电压，上位机查表并计算，使输出电流指令收敛于某一点，即负载的工作点。这一点必位于光伏电池的I-V曲线上。 3. 基于DSP控制的数字式光伏电池模拟器：这种模拟器同样基于光伏电池的数学模型，但使用运算速度快、功能强大的DSP来取代上位机控制直流开关电源。控制指令的处理不采用查表法，而是采用实时计算的方法得到。 然而，在第一种方法中，样品太阳电池在机内光源照射下，机箱内的温度及光伏电池的温度特性会极大变化，导致输出特性与实际光伏电池的输出特性相差较大，误差往往很大。第二种方法虽然较为准确，但需要预先人工输入大量数据，工作繁琐且数据获取困难。 针对上述问题，本文提出了一种基于Matlab环境的光伏阵列模拟器的仿真模型。这个模型可以模拟任意太阳辐射强度、环境温度以及光伏模块参数下的光伏阵列I-V特性。通过Matlab仿真验证了该模拟器原理的可行性。 Matlab（Matrix Laboratory的缩写）是一种用于数值计算、可视化以及编程的高性能语言和交互式环境。它广泛应用于工程、科研以及教育等领域，特别是在数据分析、算法开发、模型仿真实验等方面表现出色。Matlab仿真模型可以高效地模拟光伏电池和光伏阵列在不同条件下的电气特性。 仿真模型是根据光伏电池的数学模型建立的，这包括光伏电池的物理特性和环境因素对其性能的影响。电力电子技术是支撑模拟器运行的核心技术之一，它涉及电力变换、控制与优化等方面，是实现模拟器输出特性与真实光伏电池阵列相匹配的关键。模拟器的设计需要考虑的因素包括但不限于光伏电池的串联和并联配置、温度对电池效率的影响、以及日照强度变化对电池性能的作用等。 在搭建Matlab仿真模型时，需要对光伏电池的I-V特性曲线进行建模。这通常需要实验数据的支持，数据来源可以是现有的光伏电池性能测试，也可以是制造商提供的数据手册。此外，仿真模型还要能够模拟光伏阵列在不同环境条件下的表现，包括温度、湿度、辐射强度等因素的变化。 通过仿真，研究人员可以方便地进行各种实验和数据分析，快速调整模型参数，优化光伏阵列的工作点，从而达到提高光伏系统整体效率的目的。Matlab仿真提供了一个便捷的平台，可以对光伏电池阵列在各种条件下的性能进行预测和优化，为光伏系统的开发提供理论基础和技术支持。