基于PSIM的光伏矩阵MPPT通用模型的设计与应用

基于PSIM的光伏矩阵MPPT通用模型的设计与应用
Design and Application of a Simulation Model for Photovoltaic Array with MPPT Based on PSIM
赵  晶  ZHAO Jing
厦门理工学院电子系（厦门361024）
(Department of Electronic Engineering，Xiamen University of Technology，361024，China)
摘要：基于光伏矩阵的物理特性，在PSIM仿真环境下，设计带有最大功率跟踪技术（MPPT）仿真算法的光伏矩阵仿真模型，应用于实际的单相光伏并网系统。测试数据表明，仿真模型可以模拟任意参数的光伏阵列，跟踪光照强度、环境温度的变化，为光伏发电系统动态仿真提供良好设计平台。
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.
关键词：光伏矩阵；PSIM仿真模型；MPPT；光伏发电系统
Keywords：photovoltaic array；PSIM simulation model；MPPT；photovoltaic generation system；
中图分类号：  TM615              文献标识码：  A
1 引言
太阳能光伏发电系统是利用太阳电池半导体材料的光伏效应，将太阳光辐射能直接转换为电能的一种新型发电系统。由于成本高，计算机仿真技术成为研究这类系统的有效手段。实际情况下太阳光辐射强度不稳定，光伏电池特性容易受环境温度等因素影响，仅仅依靠准稳态理论建立的模型不能反应当太阳能辐射强度、环境温度变化时，光伏电站瞬态变化以及这种变化对电网的影响[1]。这就需要建立光伏电站的动态仿真模型。光伏阵列是分布式光伏并网电站系统的关键部件，其I-V 特性是太阳辐射强度环境温度和光伏模块参数的非线性函数。实现光伏发电系统的动态仿真，就要对做为输入电源的光伏阵列特性进行仿真建模。
光伏发电系统仿真软件主要有MATLAB和PSIM。MATLAB提供多种仿真工具箱，能够清楚了解电路的数学模型并对系统进行各种动态分析，但它无法直接与硬件连接，并且仿真速度和效果受到算法的制约，使用有一定的限制。PSIM软件是近年来推出的一种功能强大、专门针对电力电子和自动控制建模、仿真的专业软件，能够提供友好的用户界面，包含丰富的控制元件库和强大的数学运算模型，可以将其他仿真软件，如MATLAB软件中的元件转化成通用数学模型。与MATLAB软件相比较，仿真算法采用梯形公式积分演算的节点解析法，极大提高仿真速度，仿真结果的分析处理方式灵活[2]。系统模型的功率回路和控制回路分开设计，不会产生MATLAB软件仿真代数环问题。利用PSIM进行电力电子控制系统建模、分析与开发研究已经受到日益广泛的关注。
建立光伏阵列数学模型一般有三类方法[3-5]，在比较上述两种仿真软件建模方法的基础上选用PSIM仿真软件，考虑实际系统带有的最大功率跟踪MPPT功能，基于光伏矩阵物理模型建立相应通用仿真模型，描述光伏电池特性并模拟外界环境变化。