摘 要：太阳能电池作为光伏逆变系统最重要的一个器件，其光电转换效率的高低直接影响整个系统的性能以及成本。光伏电池的输出特性受光强及其工作环境影响很大，具有明显的非线性特性，因此需要对其最大输出功率点进行跟踪（MPPT）。本文基于光伏电池的直流物理模型，在matlab7.6的SIMULINK平台下建立光伏模块模型，并基于BOOST威廉希尔官方网站
利用该模型对常见的三种MPPT控制方案进行仿真研究，仿真结果证明了这些方案的有效性以及优缺点。
关键字：光伏电池，太阳能，最大功率跟踪，MATLAB
Photovoltaic Maximum Power Point Tracking Simulation Research based on Boost Converter
(Fuzhou University, Fuzhou, 350108, China)
Abstract：Being one of key components of PV inverter, the photoelectric conversion efficiency of solar cell affects the inverter’s performance directly. Light intensity and operating environment have a great influence on the output characteristics of photovoltaic cells with significant nonlinear characteristics, hence we need to track their maximum output power point(MPPT). Based on DC physical models of the photovoltaic cells, we establish model of photovoltaic cells in MATLAB7.6Simulink, using BOOST circuit, the control effect of three MPPT control schemes were studied, simulation results prove the correctness of these schemes.
Keywords：photovoltaic cell, solar energy, MPPT, MATLAB
1. 引言
太阳能是空间最普遍的能源，取之不尽，用之不竭，是公认的最干净，最有发展前途的能源，该能源能够有效缓解化石能源危机、环境污染、偏远地区的供电等问题，许多国家纷纷投入巨资进行研究。光伏系统的的核心光伏阵列是整个系统的电源，其输出特性具有很强的非线性，研究如何有效地对光伏阵列输出最大功率点进行跟踪已成为太阳能光伏系统技术研究领域一个很大热点，而计算机仿真技术作为一种有效的方案验证手段，利用计算机对光伏系统一些控制方案进行研究也越来越受到广大业内人士的关注[1]。
针对最大功率跟踪，国内外学者提出了许多不同的控制方案，目前最常见的控制方法有恒定电压法（CVT）、干扰观测法（P&O）、电导增量法、穷举法结合二次插值法等，各种算法具有其各自的优缺点[2]。本文首先建立光伏电池直流物理模型，该模型可以任意修改太阳辐射强度、环境温度、光伏模块等参数，可以正确仿真出实际光伏阵列的输出特性和大部分参数变化对整个系统产生的影响。MATLAB/simulink是一个功能非常强大的仿真平台，具有方便、快捷的模块化建模环境。本文在simulink平台下，对光伏电池的性能进行仿真研究，考虑了太阳幅射强度、环境温度等因素的影响，并利用建立好的太阳能电池模型，在BOOST威廉希尔官方网站
上进行几种MPPT方案的验证。
2. 光伏电池Simulink仿真建模
光伏阵列的输出具有非线性特征，并且其输出受光照强度、环境温度和负载情况影响。在一定的光照强度和环境温度下，光伏电池可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏电池的输出功率才能达到最大值[3]。典型光伏电池的不同辐射强度下的功率电压曲线及不同温度下的电压电
流曲线如图1所示，由图可以看出光伏电池的输出特性曲线是高度非线性的。
(a）不同辐射强度下的光伏电池功率电压曲线 (b)不同温度下的光伏电池电压电流特性曲线
图1 光伏特性曲线
光伏电池的等效物理模型如图2，
图2 单个光伏电池的等效物理模型
其输出电流， (1)
式中， (2) (3)
在任意太阳辐射强度R(w•m-2)和环境温度Ta(℃)条件下，太阳能电池温度Tc(℃)为， (4)
因此，考虑太阳辐射和温度变化时，输出点电流方程， (5)
式中， (6) (7) (8)
上述各式的各个变量或者常量参数的意义见下表1。
根据上述各式，在MATLAB simulink下建立的太阳能逆变系统光伏阵列的仿真模型如下图3-(a)所示，图3-(b)是该模块的封装图及对光伏阵列模块的输出特性进行测试的威廉希尔官方网站
图。封装图上的T，R，Vpv，Ipv分别表示环境温度、太阳辐射强度、光伏阵列的工作电压和输出电流，双击该模块可以进行光伏阵列的参数设置，其设置界面如图4所示[4]。
4 结语
光伏阵列最大功率跟踪控制作为整个光伏系统控制中一个很重要的部分，其控制效果的计算机仿真研究愈来愈受到行业的关注，文中研究了太阳能光伏阵列的仿真建模，并对三种常见仿真控制算法进行研究，该模型基于MATLAB Simulink建立，具有简单，易用的特点，对实际MPPT控制方案的实施具有很强的指导意义。
参考文献
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