matlab模拟光伏发电,一种基于MATLAB的小型独立光伏发电仿真模型的制作方法

本发明涉及电力系统光伏仿真领域，具体涉及一种基于matlab的小型独立光伏发电仿真模型。

背景技术：

现代社会，基于对环境问题，食物短缺问题的担忧，传统农业急需转变。farmbot是一种开源的新型精准农业方式，它是基于对家庭小型农场的探索而研发的，作为新型农业机器人，新能源是该系统的首要选择。所以本文是为该系统设计的光伏发电仿真模型，该模型是基于matlab搭建的。

光伏发电已经广泛应用于大众社会，特别是小型独立式光伏发电装机量近几年得到了巨大的增长。光伏发电系统主要分为独立发电和并网光伏发电系统，基本的光伏系统包括了太阳能板，光伏电池，控制器和转换器。太阳能阵列接受太阳光，通过伏特效应将光能转换为电能。光伏发电清洁，不受地域限制的特性使得其适用于farmbot系统。

普通的太阳能发电仿真模型，可以研究光伏系统的动态性能，但是不适用于更详细，更长时间，更经济化的研究，这时候就需要建立一个新的模型来研究该系统的输出。

光伏系统受外界环境影响较大，其发电效率会随之改变，最大输出功率和光伏阵列接收到的光的强度和表面温度有关。在传统的估算模型中，假设光伏系统的mppt性能良好,因为表面温度不便于获取，所以用空气温度来替代，这样可以由公式得到输出功率，但是为了更准确的研究farmbot系统的输出功率来研究其适用范围，传统模型得到的结果就不足够了。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中无法准确的研究farmbot系统的输出功率来研究其适用范围。本发明提供了解决上述问题的一种基于matlab的小型独立光伏发电仿真模型。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于matlab的小型独立光伏发电仿真模型，仿真模型包括基于farmbot的pvmodule、应用buck电路的mppt控制器模块、光伏电池和逆变器模块；

进一步地，所述pvmodule通过光伏效应输出电能到应用buck电路的mppt控制器模块；

进一步地，所述mppt控制器模块应用爬山法使pvmodule达到最大功率追踪并向光伏电池输出直流电；

进一步地，所述光伏电池输出直流电经逆变器逆变为交流电输出到交流负载电路；

进一步地，所述pvmodule利用公式1中空气温度拟合光伏阵列表面温度；

tair为空气温度，sref为pvmodule的光伏阵列接收到的全部光照强度，vw为风速，tsuf为pvmodule的光伏阵列表面温度；

进一步地，所述mppt控制器追踪的光伏电池的功率点大于光伏电池电压，采用buck降压电路；

进一步地，在matlab上搭建上述基于farmbot的pvmodule、应用buck电路的mppt控制器模块、光伏电池和逆变器模块四个模块并对每个模块进行参数设置后封装为小型独立光伏发电仿真模型。

进一步地，所述基于farmbot的pvmodule采用的太阳能板的型号为rng-100。

进一步地，所述sref使用每小时的日照强度估算年发电量；包括以下步骤：

s1.获取每小时气象资料；

s2.计算每小时的输出功率；

s3.召唤整个发电系统；

进一步地，所述气象资料包括常规地面气象资料和太阳辐射资料；

进一步地，所述气象资料的数据采集meteonorm7.0的数据。

进一步地，结合公式2与公式1得到所述pvmodule的输出功率；

poutput为系统在标准测试下的最大功率1000w/m2条件辐射,poutput它也可以被定义为安装光伏发电能力；

k为光伏组件的最大功率温度系数，取值为-0.004。

本发明具有如下的优点和有益效果：

该方法可以很好地测试数字化计量的各环节误差，数字化计量整系统误差的测试问题，为数字化计量进入计量体系建立理论依据。将用空气温度估算太阳能板表面温度以获得更加精准的温度数据。更好研究farmbot系统的应用范围，通过构建一个对输出功率的估算模型，使得系统设计的的时候更加方便快捷，满足不同地区和不同环境的应用需求，为智能变电站的大面积推广提供检测依据。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的建模示意图。

图2为本发明的仿真模型图。

图3为本发明的光伏阵列的功率输出特性仿真图。

具体实施方式

在对本发明的任意实施例进行详细的描述之前，应该理解本发明的应用不局限于下面的说明或附图中所示的结构的细节。本发明可采用其它的实施例，并且可以以各种方式被实施或被执行。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性改进前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。

一种基于matlab的小型独立光伏发电仿真模型，如图1、2所示，仿真模型包括基于farmbot的pvmodule、应用buck电路的mppt控制器模块、光伏电池和逆变器模块；

优选的，所述pvmodule通过光伏效应输出电能到应用buck电路的mppt控制器模块；

优选的，所述mppt控制器模块应用爬山法使pvmodule达到最大功率追踪并向光伏电池输出直流电；

优选的，所述光伏电池输出直流电经逆变器逆变为交流电输出到交流负载电路；

优选的，所述pvmodule利用公式1中空气温度拟合光伏阵列表面温度；

tair为空气温度，sref为pvmodule的光伏阵列接收到的全部光照强度，vw为风速，tsuf为pvmodule的光伏阵列表面温度；

优选的，所述mppt控制器追踪的光伏电池的功率点大于光伏电池电压，采用buck降压电路；

优选的，在matlab上搭建上述基于farmbot的pvmodule、应用buck电路的mppt控制器模块、光伏电池和逆变器模块四个模块并对每个模块进行参数设置后封装为小型独立光伏发电仿真模型。

优选的，所述基于farmbot的pvmodule采用的太阳能板的型号为rng-100。

优选的，所述sref使用每小时的日照强度估算年发电量；包括以下步骤：

s1.获取每小时气象资料；

s2.计算每小时的输出功率；

s3.召唤整个发电系统；

优选的，所述气象资料包括常规地面气象资料和太阳辐射资料；

优选的，所述气象资料的数据采集meteonorm7.0的数据。

优选的，结合公式2与公式1得到所述pvmodule的输出功率；

poutput为系统在标准测试下的最大功率1000w/m2条件辐射,poutput它也可以被定义为安装光伏发电能力；

k为光伏组件的最大功率温度系数，取值为-0.004。

优选的，在buck电路中通过功率放大器以及升流升压电路搭建一次仿真系统实现数字化计量测试的一次电流电压信号源，同步性上，在一次升流升压过程中同步过程中同时计算互感器、合并单元、网络传输以及数字化电能表的误差从而同步测试数字化计量系统的各环节误差。

优选的，采用模拟标准表接入标准电流电压互感器的信号作为整个测试系统的标准源信号；

优选的，增加报文控制系统，可以在报文中叠加错误信号来检测数字化计量系统的纠错性与适应性。

优选的，可以同时兼容电子式互感器与传统互感器搭建的数字化计量系统。

优选的，增加跨间隔计量测试，可同时接入多个间隔的互感器与合并单元信号，可支持跨间隔计量的系统级测试。

优选的，采用两种工作模式，可同时实现数字化电能表实负载与虚负载测试的需要。

在一个实施例中，通过对等效电路的分析，可以发现pvmodule中太阳能板的特性由短路电流、开路电压、最大功率电流和最大功率电压所决定，输入基于farmbot系统的既有太阳能板的参数，然后观察其特性曲线可以短路电流和开路电压随着辐射的增加和温度的降低而升高，另外会发现在特定的辐射和温度环境下，会出现最大输出功率，所以这里就需要使用最大功率追踪mppt来使系统保持最佳输出状态，本模型中使用登山法使系统达到最大功率跟踪。

在上一个实施例的基础上，为了适应新能源应用快速发展，针对实例中的farmbot系统，通过搭建光伏模型，可以得到光伏阵列的输出特性，通过最大功率跟踪法实现了对光伏发电最大输出的保持，具体效果如图3所示，系统在0.02秒的时候达到最大输出功率100w，之后在0.1秒的时候，方光照强度减少到500w/m2时，系统又可以再次迅速达到最大功率输出点。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。