Mppt光伏最大功率点跟踪控制matlab仿真

Mppt光伏最大功率点跟踪控制matlab仿真

1 光伏电池建模
光伏电池的发电原理为光生伏特效应，绝大多数的光伏电池都是PN结构的，一定强度的太阳光照射在电池表面时，微观层面等效看做光子撞击电池表面，使半导体中的电子获得能量，脱离外围轨道，从共价键中激发形成电子-空穴对，电子向带正电的N区移动的同时空穴向带负电的P区移动形成内部电场，使得外部两端产生电压并可以通过外电路产生电流。

光转换效率不仅受光照、温度因素影响，半导体的材料性质也会影响光转换率，光伏组件的材料是光伏的发电效率的决定因素之一，大量的企业都致力于提高光伏转换率，目前生产光伏电池最常用的材料是硅，例如晶科能源的N型单晶硅单结电池效率已经达到24.9%。目前有着大量替代硅的材料被人们所研究，如钙钛矿，这是一类广泛的材料，有大量可能的化学组合可以用于制造该材料，且硅的加工和制造需要持续超过1000℃的高温，而钙钛矿可以在低于200℃的条件下处理，此外，钙钛矿相对于硅或其他诸多候选替代品的另一个主要优势是，它可以形成非常薄的层，同时仍能有效地捕捉太阳能，重量可比常规的硅电池轻几个数量级。钙钛矿是最终取代硅作为太阳能电池板的首选材料，它们提供了在低成本、低温环境下制造超薄轻质柔性电池的潜力，但目前它们将阳光转化为电能的效率略落后于硅，还有很大的发展潜力。

1.1 光伏电池的数学模型

太阳光照射到光伏电池表面时，可将其视作电流源。Iph表示光伏电池在光照下电池中产生的光生电流，其大小受到电池材料、光照强度和环境温度的影响。光伏电池单二极管等值电路图见图2-1。

图中Iph，ID，Ish分别是光生电流、二极管反向饱和电流以及并联支路电流，Rsh是跨接电阻，Rs是由电极导体电阻、表面电阻、体电阻等效的串联电阻。


实际建模过程中通常忽略电阻Rsh和RS的影响。得到光伏电池的简化模型，表达式见式2.6：

不计旁漏电阻和串联电阻对光伏电池输出功率影响的情况下，该式可以体现多变的环境中光伏电池随温度光照的变化。在光伏系统实际应用过程中，单体光伏电池容量偏小达不到实际额定功率的要求，需要将多个单体光伏电池进行串并联组合发电。

1.2光伏电池工程模型
在实际应用中，光伏组件的生产厂家会提供Im、Um、Isc和Uoc四个参数，这四个参数是在标准测试条件(Standard Test Condition,STC)下得到的。本文采用如下光伏工程应用模型，输出特性表达式见式2.8。

式2.8中：I和U是光伏组件的输出电流和电压；Im和Um是最大功率点处的电流和电压，Isc和Uoc是短路电流和开路电压，为光伏电池生产厂家给出的4个标准参考技术值。在实际运行过程中，光伏组件会受到的光照强度和电池温度的影响，4个标准参考技术值的变化见式2.9。

式2.9中：Imb、Umb、Iscb、Uocb是任意光照温度情况下的光伏组件的四个系数；Sref是光照强度参考值(1kW/m2)；Tref标准温度(25℃)；S实际光照强度；T实际电池温度；补偿系数a、b、c为常数，由电池生产厂家给出，仿真中一般取a=0.0025(℃)-1、b=0.5(W/m2)-1、c=0.0028(℃)-1。通过两式即可得到任何光照和温度下的光伏组件特性。

由上式可以看出，光伏组件的输出会随着光照强度和温度的变化而变化，如果不对光伏组件的输出加以控制，其输出会很不稳定，MPPT保证了光伏发电系统功率输出的稳定性。为了更加直观的理解MPPT原理，需要对光伏输出特性进行建模仿真，重点分析MPPT的难点，即光照不均匀时光伏输出复杂的情况。

2 算例仿真

T不变，S变；S不变，T变化时，进行仿真。

3 仿真结果

1）T不变，S变

2）S不变，T变化

4 仿真

1）主函数

clc
clear
close all
%% 

for S=400:200:1000
T=25;
sim('TWO_17.slx')

figure(1)
plot(V,P,'DisplayName',['S=',num2str(S)])
hold on
axis([0 50 0 400])
xlabel('U/W')
ylabel('P/W')
title('光照变化P-U特性曲线')
legend

figure(2)
plot(V,I,'DisplayName',['S=',num2str(S)])
hold on
axis([0 50 0 20])
xlabel('U/W')
ylabel('I/A')
title('光照变化I-U特性曲线')
legend
end

%% 
for T=25:15:70
S=1000;
sim('TWO_17.slx')
figure(3)
plot(V,P,'DisplayName',['T=',num2str(T)])
hold on
axis([0 50 0 400])
xlabel('U/W')
ylabel('P/W')
title('温度变化P-U特性曲线')
legend

figure(4)
plot(V,I,'DisplayName',['T=',num2str(T)])
hold on
axis([0 50 0 20])
xlabel('U/W')
ylabel('I/A')
title('温度变化I-U特性曲线')
legend
end

%% 


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2）sinmulink仿真


5 仿真完整链接：
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=Mzg4MTc1MjE2Mg==&mid=2247484441&idx=1&sn=41040f5b06aedcbea854032e42b76cbf&chksm=cf606514f817ec02fe18615d97af10078b56d667f75d00348949f525ac4fe0f25f3c175359f8&token=1293156571&lang=zh_CN#rd