PSCAD光伏电池仿真模型

2020-01-03 08:01杨博文
长春工业大学学报 2019年6期
关键词:输出特性并联阴影

杨博文, 王 蔚, 张 鑫

(长春工业大学 电气与电子工程学院, 吉林 长春 130012)

0 引 言

随着社会进步和工业的飞速发展,生产力发展水平也在逐渐进步。然而随之而来存在许多问题,如森林的大肆砍伐、化石燃料的过度开发等。随着这些问题的日益突出,寻找可再生的新能源尤为重要,光伏发电正好符合要求。光伏发电具有可再生、易存储、无污染,发电、供电、用电在同一地区等特点。基于上述诸多特点,光伏电池的研发、市场化受到全球各个国家,特别是发达国家的关注。

在电力系统中,建立符合光伏发电系统运行特性仿真模型,在后续光伏发电系统研究中具有十分重要的参考价值。

1 光伏阵列的数学模型

太阳能电池等效电路如图1所示。

图1 光伏电池等效电路

由图1可知,根据基尔霍夫定律

I=Iph-Id-Ish,

(1)

(2)

式中:Rsh——并联电阻;

I——输出电流;

Iph——光生电流;

I0——饱和电流;

q——单位电子常量;

A——PN结曲线系数;

k——波尔兹曼常数;

T——电池温度;

U——输出电压;

Rs——串联电阻。

2 光伏阵列模型的建立与仿真

光伏电池仿真模型如图2所示。

图2 光伏电池仿真模型

光伏电源由两个串联的光伏阵列原件构成,研究光照强度对光伏电池曲线的影响也要考虑到无光照情况,所以该模型对第1个阵列设置阴影遮挡,第2个光伏阵列模块模拟10个阵列。光伏阵列的输出通过电阻跟直流电源相连,其中二极管抑制功率反向。

直流电压源是用直流叠加1 Hz的交流分量构成进行模拟。

光伏阵列1和2的参数设置如图3所示。

图3 光伏阵列参数设置

2.1 无阴影遮挡时仿真情况

光伏阵列1和2的温度都设置为50 ℃,光照强度分别设置为600 W/m2和900 W/m2时得到的输出I-V和P-V曲线分别如图4和图5所示。

图4 温度50 ℃,光照600 W/m2特性曲线

图5 温度50 ℃,光照900 W/m2特性曲线

为了研究温度对光伏输出特性的影响,光伏阵列1和2的温度都设置60 ℃,光照强度分别设置为600 W/m2和900 W/m2时得到的输出I-V和P-V曲线分别如图6和图7所示。

图6 温度60 ℃,光照600 W/m2特性曲线

图7 温度60 ℃,光照900 W/m2特性曲线

从图4~图7可知,当温度相同,光照强度增大时,阵列短路电流增大较为明显,开路电压增加不明显,阵列输出功率会有明显变化。

2.2 有阴影遮挡时仿真情况

有无阴影遮挡影响的是光照强度,设置两组阵列的温度都为50 ℃,阵列2的光照强度是800 W/m2,阵列1的光照强度分别为阵列2的60%和100%,同时保持两个阵列的反向并联二级管不投入。得到下列几组光伏输出特性曲线分别如图8和图9所示。

图8 温度50 ℃,阵列2光照强度为800 W/m2,阵列1光照强度为阵列2的60%特性曲线

图9 温度50 ℃,阵列2光照强度为800 W/m2,阵列1光照强度为阵列2的100%特性曲线

2.3 有阴影有反向并联二级管参与情况下的仿真

设置阵列温度为50 ℃,阵列2的光照强度是800 W/m2,阵列1的光照强度为阵列2的60%,同时保持两个阵列反向并联二级管投入,得到光伏输出特性曲线如图10所示。

图10 温度50 ℃,阵列2光照强度为800 W/m2,阵列1光照强度为阵列2的60%特性曲线

图10是图8在同等条件下但有反向并联二级管情况下的输出特性曲线。在有反向并联二级管的条件下,阵列的短路电流和输出功率比无反向并联二级管大。说明同时有阴影遮挡的情况下,反向并联二级管起到了一定的作用。主要原因是无反向并联二级管时被遮挡的阵列将出现反向电压,从而消耗了功率,导致输出功率变小。

3 结 语

应用pscad仿真软件搭建了光伏阵列数学模型。该模型分析了光伏阵列的P-V和I-V非线性特性。经比较分析,光伏电池阵列模型输出符合实际阵列输出特性,电流、输出电压与光照强度和温度特性关系曲线符合实际。该模型为光伏发电系统仿真提供基本参考模型,为后续控制方法验证提供基础条件。

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