光伏发电的MATLAB仿真

1.画出实验接线图

图1 实验接线图

图2 光伏电池板图3 实验接线实物图

2.实验过程记录与分析

（1）给出实验的详细步骤

○1

实验前根据指导书要求完成预习报告

○2

按预习报告设计的实习步骤，利用MATLAB建立光伏数学模型，如下图4所示。

图4 光伏电池模型其中PV Array模块里子模块如下图5所示。

图5 PV Array模型其中Iph，Uoc，Io，Vt子模块如下图6-9所示。

图6Iph子模块

图7Uoc子模块

图8 Io子模块

图9Vt子模块

○3

在光伏电池建模的基础上，输入实际光伏电池参数值，研究不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线，并得出结论。

○4

设计光伏电池测试平台，在不同光照、温度情况下测试光伏电池输出电压、输出电流值，对实测数据进行处理并加以分析，记录实际光伏电池的I-V、P-V 特性曲线，与仿真结果进行对比，得出有意义的结论。

○5

确定电力变换电路拓扑结构，设计电路中的相关参数值，通过MATLAB搭

建电路并仿真分析，搭建电路如图10所示。

图10离网型光伏发电系统

○6

确定系统MPPT控制策略，建立MPPT模块仿真模型，并仿真分析。

系统联调，调节离网型光伏发电系统的电路和控制参数值，仿真并分析最大功率跟踪控制效果。

（2）记录实验数据

m2

表1当T=290K时S=1305W/时的测试数据

I(A)0 1.03 1.25 2.65 3.79 5.97 6.287.867.98 U(V)27.326.226252421.516 1.10

P(W)026.98632.566.2590.96128.35100.488.60

m2

表2当T=287K时S=1305W/时的测试数据

I(A)01 1.5 2.6 3.93 6.0 6.688.048.12 U(V)27.626.225.825.123.921.620.510

P(W)026.238.765.2693.93129.6136.948.040

m2

表3当T=287K时S=1278W/时的测试数据

I(A)0 1.04 1.49 2.25 3.66 6.06 6.737.98.06 U(V)26.826.22625.424.321.913.40.50

P(W)027.24838.7457.1588.94132.7190.18 3.950二、实验结果处理与分析

1.实验数据的整理和选择

使用MATLAB软件其中的simulink工具进行模型的搭建。再对其进行仿真，得到仿真曲线。使用Excel表格输入实验所测得U、I、P，在对其自动生成I-V，P-V曲线。

2.绘制不同光照强度下、不同温度下光伏电池的I-V、P-V特性曲线；

图11 I-V曲线图12 P-V曲线

m2

当T=290K时S=1305W/时的测拟合曲线

图13 I-V曲线图14 P-V曲线

m2

当T=287K时S=1305W/时的拟合曲线

图15 I-V曲线图16 P-V曲线

m2

当T=287K时S=1278W/时的拟合曲线

3.所得实验数值和预习所得理论值比较，进行实验结果的误差分析

所得实验数值和预习所得理论值比较，仿真波形开路电压均比实验所得的开路电压大，仿真波形最大功率也比实验所得最大功率大，所取得最大功率值对应的电压值也是仿真时比实验时的大，造成这个现象的原因有以下几点：（1）由于天气原因，真实测试环境的光照强度有些不稳定，前后变化幅度明显，这也导致了一部分的误差。

（2）太阳的角度以及方向一直在改变，这导致光伏电池板接收到的光照一直在改变。实际上，光伏电池板所接受的光照强度是一直在变化的，光照不稳定也是产生误差的原因之一。

（3）光伏电池板放置在开阔环境内，可能有灰尘落在板面上，可能造成热斑效应。

4.实验波形的描述和分析，对照实验现象分析结果的物理、工程意义，得出有意义结论。

由上述所得I-V，P-V曲线可知：其它条件一定时，光伏电池周围环境温度的升高将使光伏电池的开路电压下降，短路电流轻微增加，从而导致光伏电池的输出功率下降。光伏电池的温度特性一般用光伏电池的温度系数表示，温度系数小，说明光伏电池的输出随温度变化的越缓慢。其它条件一定时，光伏电池表面光照强度的增加将使光伏电池的短路电流增加，开路电压也略微增加，从而导致光伏电池输出功率增加。

5.仿真实验处理仿真产生的数据与曲线波形

将光伏阵列输入光强从1000W/m2经过0.5s后使其变为500W，光伏阵列输

出功率如图17所示。

图17 改变光强光伏阵列输出波形

将光伏阵列输入温度从25℃经过0.5s后使其变为15℃光伏阵列输出功率

如图18所示。

图18 改变温度光伏阵列输出波形

通过波形我们看出在周围环境发生改变时，设计的L、C参数不是很理想，这些参数的使用范围不是很广泛，需要继续调节参数。

通过调节参数后，我们得到了比较理想的输入波形、输出波形。如图19到图20所示。

图19 输入波形

图20 输出波形

6.对实验过程中遇到的问题和错误进行分析

（1）实验测量时，万用表量程选择错误，致使实验数据不精确。

（2）仿真时，选择L,C错误，致使波形错误。

（3）光伏电池板参数设置错误，致使波形完全出错。

三、实验心得体会

通过本次课程设计，使我收获颇多，使自己学到了许多东西且认识到了自

己的不足。

在本次实验中也遇到了许多问题，如：在做实物实验中，由于万用表的量

程选择错误，致使数据不精确，经自己的分析与检查，解决这个问题后，得到

了较为准确的数据。在做仿真实验中，使得波形波动较大，在自己查阅资料后，加了一个滤波电路，使得波形较为理想。

在本次课程设计中，我掌握了光伏电池的工作原理，boost电路的工作原理，simulink的使用和最大功率追踪MTTP的工作原理和工作方法。让我对所学习的boost电路有了更加深入的了解，对课堂上所讲的PWM波的调制也有了进一步的了解，将之前课堂中有些不太明了的知识进行了梳理和补充。

通过本次课程设计让我学到了许多人生的道理，学会了如何去提取信息，如何自主学习和解决问题的思路与方法，也让我明白了团队协作的重要性。

我认为本次课程非常成功，建议学校以后可以更多地开展像这种类型的课程设计，让我们的知识更加巩固，锻炼我们的能力。