使用Matlab仿真环境开发融合MPPT功能的光伏阵列通用仿真模型

　　基于光伏模块直流物理模型，在 matlab 仿真环境下，开发了光伏阵列通用仿真模型。利用该模型，可以模拟任意太阳辐射强度、环境温度、光伏模块参数、光伏阵列串并联方式组合下的光伏阵列 I-V 特性。此外，该模型还融合了光伏阵列的最大功率跟踪（MPPT）功能，可以用于光伏发电系统和风光复合发电系统的动态仿真。

　　太阳能是当今发展速度居第二位的能源。太阳能光伏发电过去 15 年平均年增长为 15%，到二十世纪 90 年代末期以来，更是以 30%以上的速度增长。目前，太阳能光伏发电的发展趋势是由小型独立户用系统向大型并网系统发展。由于太阳能的波动性和随机性，光伏电站输出的电能波动很大。随着这种分布式光伏并网电站的容量越来越大，其输出功率的波动对电网的影响不容忽视。研究分布式光伏并网发电系统与电网系统的相互作用，已成为国际上大规模光伏并网电站应用领域的研究热点，而计算机仿真技术则是研究这一内容的有效的技术手段。

　　过去，光伏发电系统的仿真，大多是按照准稳态理论来对系统各部件建模，对系统功率流进行计算，从而对系统的长期稳态性能进行评价。但在光伏并网发电系统动态性能的研究中，上述模型不能反映当太阳能辐射强度、环境温度变化时，光伏电站运行状态的瞬态变化以及这种变化对电网的影响。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。要实现光伏发电系统的动态仿真，首先一步是解决如何对光伏阵列 I-V 特性进行仿真模拟。该模型一旦建立，可用于模拟所研究系统的输入电源。简化的做法是把光伏阵列直接等效为直流电压源。但该模型不能实时跟踪太阳辐射强度、环境温度变化和光伏阵列参数的变化，因而这样的系统仿真不能反映上述参数变化对整个系统性能的影响。目前，有关这方面的工作，国内还未见公开发表的文献。国外虽有涉及这方面的公开文献，但所建模型主要针对特定的光伏模块，因而缺乏通用性。

　　Matlab/simulink 仿真工具可用于复杂系统（连续的、或离散的或混合型的）的仿真，由于其强大的功能和方便、快捷的模块化建模环境，而日益受到人们的重视。本文针对 Matlab 仿真环境，基于光伏模块直流物理模型，开发了光伏阵列通用仿真模型。该模型考虑了环境温度、太阳辐射强度、光伏阵列串并连数、光伏模块参数（如标准条件下太阳电池的短路电流、开路电压、最大功率点电压、最大功率点电流、电压温度系数、电流温度系数等）对 I-V 特性的影响，并考虑了系统是否带有最大功率跟踪（MPPT）功能。本文给出了该模型在单相光伏并网系统仿真中的具体应用实例。结果表明，由于通用性强，该模型还可以方便地推广应用于其它光伏系统（如，光伏水泵系统）或风光复合发电系统的动态仿真。