在全球清潔能源轉(zhuǎn)型背景下，光伏發(fā)電作為重要的可再生能源利用方式，得到了廣泛關(guān)注。光伏電池是由許多光伏電池板組成的發(fā)電系統(tǒng)，通過將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能，為全球能源供應(yīng)提供了一種清潔、可持續(xù)的解決方案。

本篇中我們基于 EasyGo 實(shí)時(shí)仿真器EGBox Mini，對(duì)光伏電池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過與離線仿真對(duì)比，可以看到EasyGo 實(shí)時(shí)仿真設(shè)備能在實(shí)際科研/教學(xué)中替代真實(shí)設(shè)備進(jìn)行光伏電池發(fā)電系統(tǒng)的仿真模擬，再次驗(yàn)證了 EasyGo 實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)的準(zhǔn)確性與可靠性。

一、光伏發(fā)電系統(tǒng)

光伏發(fā)電是通過多個(gè)光伏電池板組成的光伏陣列，經(jīng)串聯(lián)或并聯(lián)輸出電流和電壓。光伏電壓和電流是光伏電池的基本物理量，二者關(guān)系結(jié)合參數(shù)變量可描述光伏電池的輸出特性。

光伏陣列建模通常有以下兩種方式：

▍物理建模：基于光伏電池的物理特性。

▍數(shù)學(xué)建模：根據(jù)電池的外特性，建立電壓與電流的關(guān)系，模擬電池的外部特性。

目前，數(shù)學(xué)建模方式被廣泛接受和認(rèn)可。在仿真時(shí)只需提供光伏電池的特性參數(shù)，即可模擬不同種類的光伏電池。

光伏電池電路原理圖如下：

光伏電池模型通常包含一個(gè)并聯(lián)二極管和兩個(gè)電阻，二極管表示分子的極化現(xiàn)象，電阻表示損耗，這種模型通常也被稱為單二極管模型。

二、仿真驗(yàn)證

光伏電池模塊的仿真模型與外部進(jìn)行電氣連接，既可以是受控電壓源型，也可以是受控電流源型。按照通常做法，一般將光伏電池等效為受控電流源進(jìn)行建模，結(jié)構(gòu)如圖。

模型參數(shù)配置界面圖所示：

其中：

Tref：光伏電池參考溫度(℃)，默認(rèn)為25℃；

Rref：光伏電池光照強(qiáng)度參考值(W/m2)，默認(rèn)為1000 W/m2；

Vm：最大功率處電壓

Im：最大功率處電流

Voc：開路電壓

Isc：短路電流

NB_S：光伏電池串聯(lián)數(shù)量

NB_P：光伏電池并聯(lián)數(shù)量

通過外部給定光伏電池按時(shí)間變化的電壓，可測(cè)試光伏電池輸出電流與電壓（I-U）以及功率與電壓（P-U）之間的特性曲線。

1、離線仿真

按上述模型參數(shù)進(jìn)行配置，運(yùn)行仿真模型，離線仿真結(jié)果如圖：

2、EasyGo 實(shí)時(shí)仿真

EGBox Mini產(chǎn)品系列是基于CPU+FPGA 硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)的一體式緊湊型實(shí)時(shí)仿真產(chǎn)品，屬于 EGBox 系列實(shí)時(shí)仿真器的入門級(jí)產(chǎn)品。其不同型號(hào)可完成硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)（HIL）或者快速控制原型系統(tǒng)（RCP）。將控制模型和拓?fù)淠Ｐ?/strong>分別通過仿真上位機(jī)部署進(jìn)兩個(gè)實(shí)時(shí)仿真器（EGBox Mini），整體架構(gòu)如下圖所示：

不改變模型參數(shù)配置，使用 EasyGo 實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)運(yùn)行仿真模型，實(shí)時(shí)仿真波形如下。

可以看到：當(dāng)給定光伏電池參考溫度度為 25℃，光照強(qiáng)度為 1000W/m2 時(shí)，電流與功率值實(shí)時(shí)仿真波形圖與與離線一樣變化趨勢(shì)。

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EasyGo實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)基于 Matlab/Simulink 的實(shí)現(xiàn)方式具有上手快、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在完成端口配置的基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)免培訓(xùn)操作。上位機(jī)軟件 Desksim 可通過在線調(diào)參功能對(duì)系統(tǒng)的功率電路部分進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，這里就不過多贅述。

光伏電池實(shí)時(shí)仿真就分享到這里了，歡迎感興趣的工程師們留言溝通。

EGBox Mini產(chǎn)品正在參與【EasyGo青藍(lán)計(jì)劃（青年教師支持計(jì)劃）】活動(dòng)?；顒?dòng)期間，將從設(shè)備、技術(shù)及獎(jiǎng)金激勵(lì)等方面提供全方位的支持，歡迎進(jìn)入easygo官網(wǎng)報(bào)名申請(qǐng)活動(dòng)名額！