Simulink仿真实现光伏发电MPPT+能量管理

1. 光伏电池建模

在标准的测试条件下，设光伏电池板的运行参数为I_sc、U_oc、I_mpp、U_mpp，上一节简化的数学模型的Simulink仿真如图1所示。

图1 光伏电池Simulink模型

除了之前提及的4个常量参数的设置外，该模型还有3个输入量：端电压Vpv、温度T、光照强度G。本文在光伏电池建模的过程中采用了Simulink的S_Function模块，通过编写光伏电池相关参数的计算公式，再运用S_Function对函数进行调用，即可得到本文所需要的光伏电池相关参数。

为了便于仿真研究，本文将光伏电池Simulink模型封装成。在建立完光伏电池模块后，本文在Simulink中光伏电池输出特性仿真模型如图2所示。

 设置温度T恒等于25℃，光照强度依次选取1200 w/㎡，1000 w/㎡，800 w/㎡，600 w/㎡。通过曲线拟合，本文得到了在不同光照条件下光伏电池输出特性U-I曲线如图3所示。

 设光照强度为1000w/㎡恒定不变，温度依次选取15℃，20℃，25℃，30℃。通过曲线拟合，本文得到了在不同温度下光伏电池输出特性U-I曲线如图4所示。

2. 基于超级电容与蓄电池的混合储能系统

2.1 混合储能功率分配

        独立的光伏发电系统由光伏阵列、蓄电池和超级电容组成。光伏阵列通过一个Boost转换器与负载(直流电网)相连。这里Boost转换器被用于从光伏阵列中提取运用最大功率追踪(MPPT)算法得到的最大功率。混合储能元件通过双向DC/DC转换器与负载相连，用于保持负载端电压Vo的稳定。当需求超过生成时，Vo从其参考值下降,混合储能系统通过放电满足过多的需求；反之，当生成超过需求时，Vo从其参考值上升，混合储能系统通过充电吸收过多的生成。Buck-Boost转换器被用作双向转换器来实现直流电网与混合储能元件之间的双向功率流动。

         为了证明本文提出系统的性能，本文对以下四种情况进行了仿真验证：负载功率的减小；负载功率的增加；光照强度的增加；光照强度的减少。

 图 负载功率减小时独立光伏发电系统仿真结果

2.2 混合储能能量管理

         由于光伏发电的不稳定性和负载需求的可变特性，混合储能系统中的蓄电池可能会经历不规则的充放电循环，这会使得蓄电池在充放电的过程中可能会发生过充或者过放的现象。而蓄电池的每一次过充或者过放都会对蓄电池的寿命和容量造成很大的损伤，这会对混合储能系统之后的正常运行造成很大的干扰，所以一种能量管理控制策略的提出至关重要。本文主要提出了一种基于蓄电池SOC的能量管理控制策略，该控制策略主要基于蓄电池的SOC，在对蓄电池的SOC设置上下阈值后实时监控蓄电池的SOC，当蓄电池的SOC大于或小于上限或下限阈值时，将蓄电池从混合储能系统切断，以此来实现对蓄电池的保护。

        本文对以下四种情况进行了验证：负载功率的减小；负载功率的增加；光照强度的增加；光照强度的减少。本文设置的蓄电池的初始SOC为50.058，上限为50.1，下限为50.04。

（1）负载功率减小

在5s时，负载功率由于负载电阻从30欧增加到60欧而突然减小。因为负载功率的突然减小，如图5-24(a)所示Vo增加。为了保持Vo的稳定，SC瞬时吸收过剩供应的高频分量，然后变为零，而蓄电池则吸收过剩供应的低频分量，之后系统稳定输出电压在48V工作。但是在大约25s时蓄电池的SOC达到了本文设置的上限阈值50.1，这时蓄电池的SOC稳定在50.1，能量主要被SC吸收。

图 负载功率减小时独立光伏发电系统仿真结果