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        復(fù)雜環(huán)境下光伏電源輸出功率建模與仿真

        2021-01-29 05:36:26孔德成
        卷宗 2020年34期
        關(guān)鍵詞:環(huán)境溫度輸出功率數(shù)學(xué)模型

        孔德成

        (重慶市長(zhǎng)壽區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村委員會(huì),重慶 40 1220)

        1 引言

        為提高光伏發(fā)電并網(wǎng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性,光伏電源因自身缺陷其輸出有功功率存在波動(dòng)且因環(huán)境的不同而變化[1],此固有缺陷直接給不同地區(qū)光伏電源并網(wǎng)后的國家電網(wǎng)帶來沖擊,文獻(xiàn)[2]提出一種光伏電源建模方法,有效分析了光伏電源輸出特性;文獻(xiàn)[3]提出一種雙級(jí)式光伏發(fā)電模型,提高了光伏利用率。

        基于上述研究背景,本文從光伏單體發(fā)電原理出發(fā),針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下光伏電源輸出功率不穩(wěn)定的問題,推導(dǎo)出光伏電源輸出電流和外部環(huán)境光照強(qiáng)度和溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系,建立復(fù)雜環(huán)境下光伏電源數(shù)學(xué)模型并經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真,研究分析光伏電源輸出功率的非線性特征,為光伏電源并網(wǎng)分析計(jì)算提供參考。

        2 建模與仿真

        根據(jù)光伏單體發(fā)電原理,從光電數(shù)學(xué)方程出發(fā),研究光伏電源輸出功率的特性[2]。即,

        式(1)和式(2)中:I為光伏電源輸出電流;V為光伏電源輸出電壓;RS是光伏電池串聯(lián)等效電阻;RP是光伏電池并聯(lián)等效電阻;IPH為光生電流;IOS是光伏電源無光照時(shí)飽和電流;S為光照強(qiáng)度;ISC是光伏電源短路電流;T是環(huán)境溫度;K為玻爾茲曼常數(shù);KI為短路電流溫度系數(shù);q為電荷數(shù)。

        通常光伏電池并聯(lián)等效電阻RP很大,故(V+IRS)/RP項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IPH,此項(xiàng)可省略,由式(1)可得光伏電源的工程數(shù)學(xué)模型:

        以式(3)依據(jù),基于光伏電池的工程數(shù)學(xué)模型,建立Matlab-Simulink計(jì)算機(jī)仿真模型并進(jìn)行分析,研究光伏電源輸出功率與外部環(huán)境光照強(qiáng)度和溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系,建模時(shí)參照型號(hào)JT255PLe的光伏電源模塊參數(shù),設(shè)定仿真模型短路電流8.98A,開路電壓37.7V,以Math Works公司的Matlab2019rb為平臺(tái)建立光伏電源的計(jì)算機(jī)仿真模型,并進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果如圖1所示,圖1(a)表明,光伏電源輸出功率在相同溫度27℃下,隨著光照強(qiáng)度的增強(qiáng)而增大;圖1(b)表明其輸出功率在相同光照強(qiáng)度1200W/m2下,隨著環(huán)境溫度的增強(qiáng)而增大。此外,由圖1(a)和圖1(b)可知,無論環(huán)境溫度和光照強(qiáng)度如何變化,光伏電源輸出功率存在唯一最大功率輸出點(diǎn)。

        圖1 不同環(huán)境下光伏電源的P-V特性

        由仿真結(jié)果可知,在最大功率輸出點(diǎn)電壓前,隨著光伏電源輸出電壓逐漸增大,其輸出功率逐漸遞增,在達(dá)到最大功率輸出點(diǎn)電壓后,光伏電源輸出功率將隨輸出電壓逐漸增大而遞減,并且遞減的變化率較最大功率輸出點(diǎn)電壓前大。

        3 結(jié)論

        本文從光電數(shù)學(xué)方程出發(fā),針對(duì)復(fù)雜環(huán)境下光伏電源輸出功率不穩(wěn)定問題,推導(dǎo)出光伏電源輸出電流和外部環(huán)境光照強(qiáng)度和溫度的數(shù)學(xué)關(guān)系,建立光伏電源數(shù)學(xué)模型并經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真。Matlab-Simulink仿真結(jié)果表明:1)光伏電源輸出功率在相同溫度(光照)下,隨著光照強(qiáng)度(溫度)的增強(qiáng)而增大。2)無論環(huán)境溫度和光照度如何變化,光伏電源輸出功率存在唯一最大功率輸出點(diǎn),可為光伏發(fā)電控制后續(xù)研究提供思路。3)光伏電源輸出功率隨其輸出電壓增大而遞增,在達(dá)到最大功率輸出點(diǎn)電壓后,光伏電源輸出功率將隨輸出電壓的增大而遞減,并且遞減的變化率瞬間增大。

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