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新能源技术课程设计实验报告
题目
姓
名
：
专
业
：
指导教师
：
辅助教师
：
完成日期
：
一、
实验过程记录
1.
根据光伏电池的等效电路，利用仿真软件搭建光伏电池数学模型
（
1
）
I
ph
数学模型及参数设置
按照原理算式如下
I
ph
?
[
I
< br>sc
,
ref
?
?
（
T
?
T
ref
）
]
S
S
ref
（
1
）
在
MAT
LAB
中建立模型，从
Simulink
元件库中拉取
inport
、
sum
、
gain
、
product
、
outport
等原
件，并按照原理搭建合适模型并封装。如图
1
所示。
1
T
298
-K-
a
8.30/1
2
S
-K-
1
I
sc
1
Iph
图
1
I
ph
数学模型图
通过参考实验时所运用的
太阳能电池板的参数其中参数设置
T
ref
=298K
，
S
sef
=1000W/m
2
，
α
=0.06/1
，
I
< br>sc,ref
=8.30/1A
。
（
2
）
U
oc
数学模型及参数设置
根据原理中
U
oc
=
V
oc,ref
+
β
×
(
T
-2
98)
可在
MATLAB
中建立模型，
从
Simulink
元
件库中拉取
inport
、
c
onstant
、
sum
、
gain
、
outport
等原件，并按照原理搭建应有
模型并封装。如图
2
所示。
1
T
298
T1
29.5/1
-K-
Gain
1
Uoc
图
2
U
oc
数学模型图
通
过
参
考
实
验
时
所
运
< br>用
的
太
阳
能
电
池
板
的
参
数
其
中
参
数
设
置
：
V
oc,ref
=2
9.5/1V
，
β
=-0.33/1<
/p>
。
（
3
）
I
d
数学模型及参
数设置
根据原理公式
T
S
q(
V
?
IR
S
)
< br>Np
（
2
）
I
d
?
I
0
Iph
{
exp[
]
?
1
}
AKT
C
可在
MATLAB
中建立模型，
从
Simulink
元件库中拉取
constant
、
inport
、
sum
、
Np1
gain
、
product
、
outport
等原件，按照原理搭建适当模型并封装。如图<
/p>
3
所示。
Uo
c
1/u
5
A
T
A
Vt
Io
exp(u)
Fcn
Vt
0.8
Rs
1
图
3
I
d<
/p>
数学模型图
通过参考实验时所运用的太
阳能电池板的参数其中参数设置：
A
=5
，
K
=1.38
×
< br>10
-23
J/K
。
（
4
）输出
I
数学模型及参数设置
根据原理公式
I
?
N
p
I
ph
?
N
P
I
O
[
ex
p<
/p>
(
q
(
V
?
IR
s
)
)
?
1
]
（
3
）
N
s
AKT
可在
MATLAB
中将以上封装好的模块拼
装成合适的仿真模型。
如图
4
所示。<
/p>
1
T
2
S
S
T
Iph
1
Np
s
+
-
I
Iph
Iph
T
Uoc
Uoc
V
t
Io
1
Np1
C
+
-
U
U
oc
1/u
5
A
T
A
Vt
Io
exp(u)
Fcn
Vt
0.8
Rs
1
图
4
输出
I
数学模型图
通过参考实验时所运用的太阳能电池板的参数其中参数设置：
N
p
=1
。<
/p>
在这一过程中开始时由于粗心，少了一个环节，即对
Vt
取
1/
U
，
导致出现
的仿真图形总是达不到理想的结果，<
/p>
所以通过同学之间的讨论以及细心的检查终
于在推导公式的过程中
发现了这个粗心的错误。
powergui
< br>（
5
）总体封装后数学模型，如图
5
所示。
298
< br>T
T
I
I-U
< br>1000
S
S
U
Scope1
PV
Array
P-U
图
5
总体封装后数学模型图
2.
放大电路的模块构建
根据
DC-DC
升压电路的原理，
在系统主电路图中我选择的升压电路是
Boost
< br>升压电路，先从
Simulink
元件库中拉取
inport
、
constant
、
sum
、
gain
、
outport
等
原件，
构建光伏阵列输出。
再从元件库中拉取
< br>signum
、
memory
、
zero-order hold
、
c
onstant
、
inport
、
sum
、
gain
、
product
、
outport<
/p>
等原件搭建
MPPT
模块，
最后从
元件库中拉取
un
iversal bridge
、
diode
< br>、
RLC
等原件构建升压电路。
搭建好模块之后，如图
6
所示，其中包
括
MPPT
扰动法的数学模型如图
7<
/p>
所示，设置参数，其中
L
=1mH
，
C
1
=500
μ
F
，
R
=10
Ω
，
IGBT<
/p>
开关频率为
10kHz
，
C
=100e
-6
F
。
在这一过程中，出现的麻烦就是对于
DC-DC
电路的参数设置问题，开始时
设置的是自己通过参考文献设置的电路参数，
但是仿真中并不能更好的出现仿真
波形。所以通过自己的调试，
L
=10e
-3
H
，
C
1
=10
0e
-5
F
，
R
=10
Ω
，
IGBT
开关频率为
10kHz
，
C
=300e
-6
F
。
Vp
v
Scope2
Scope1
Scop
e3
Ts
powergui
1
qiangdu
25
wendu
1
dianliu
29
dia
nya
S
T
Ipv
s
-
+
+
i
-
Product
Scope
a
m
Current
Source
Current
+
L<
/p>
g
C
m
k
Product1
Scope8
Sine W
ave
S
Diode
+
i
-
+
v
-
PWM Generator
n
Cdu
PV
+
v
-
Current 1
+
V
+
IGBT/Diode
m
E
C
Scope5
+
V1
R
E
V
Scope4
I
Scope6
Vre
Vref
PWM
MPPT
PWM
Scope7
图
6 DC-DC
升压电路数学模型图
1
V
Zero-Order
Hold
Memory
2
I
Zero-Order
Hold1
P
roduct
Sign2
-C-
Cp<
/p>
Memory2
Memory1
Sign
1
Product2
Sign1
Product1
Vre
图
7
MPPT
扰动法数学模型图
3.
DC-AC
逆变电路的构建
根据
DC-AC
逆变电路的原理，在系
统主电路图中我选择的逆变电路是电压
型逆变电路，先从
Sim
ulink
元件库中拉取
inport
、
constant
、
sum
、
gain
、
outp
ort
等原件，构建直流输出。再从元件库中拉取
univer
sal
bridge
、
diode<
/p>
、
RLC
等原
件
构建升压电路。构建的逆变电路如图
8
所示。
< br>
[P1]
From
g
C
[P3]
From2
g
m
C
E
IG
BT/Diode1
Discrete,
Ts = 5e-05
s.
powergui
Scope10
[P1]
Goto
[P2]
Signa
l(s)
Sine Wave
Pulses
Goto1
[P3]
Goto2
[
P4]
Goto3
Terminator
m
IGBT/Diode3
E
+
L3a
+
DC Voltage Sour
ce
Terminator4
[P2]
From1
g
C
[P4]
From3
g
C
+
v
-
+
PWM Gen
erator
C2
R2
Scope11
IGBT/Diode2
m
IGBT/
Diode4
m
E
E
< br>Scope12
Terminator2
Termina
tor3
图
8 DC-
AC
逆变电路图
4.
太阳能电池板的搭建以及实际电路的搭建
搭建好太阳能电池板，
如图
9
所示
。
并按照实际测量电路图搭建电路，
如图
10
所示。在这一过程中，出现的困难就是对光伏电池板的安装过程不熟悉，搭
建过程繁琐，
但是通过大家统一的要求，
我们
将光伏电池板安装整洁并能够获得
较好的光照角度。方便了我们的实验数据的测量。
图
9
光伏电池板搭建图
图
10
实际测量电路搭建图
5.
数据测量记录并处理
调节滑动变阻器，并记录不同光照强度下光伏电池板输出的电压值和电流
值，并计算出功率大小，记入准备好的表格中。并用
Excel
软件分别画出
I-U
和
P-U
曲线，如图
11
、
12
、
13
所示。
表
1
当
S<
/p>
=1270W/m
2
，
< br>T
=
286K
时
I(A)
U(V)
P(W)
0.35
27.1
9.485
0.52
26.9
13.988
0.99
26.6
26.334
1.73
26
44.98
表
2
当
S<
/p>
=1200W/m
2
，
< br>T
=
286K
时
I(A)
U(V)
P(W)
0.34
26.4
8.976
2.45
25.4
62.23
6.35
21.3
135.25
7.5
13.9
104.25
8.35
7.2
60.12
0
8.91
0
0.59
26.3
15.517
1.05
26
27.3
6
21
126
表
3
7.1
13.4
95.14
7.6
11.4
86.64
8
7.7
61.6
8.07
3.4
27.438
8.18
0.08
0.6544
当
S
=1250W/m
2
，
T
=
286K
时
I(A)
U(V)
P(W)
0
26.8
0
1.33
25.7
34.181
3.05
24.5
74.725
4.96
22.6
112.09
5.7
21.1
120.27
6.5
18.1
117.65
7.4
12.9
95.46
7.84
9
70.56
8.11
0
0
图
11
对应
表
1
的
I-U
、
P-U
图
图
12
对应
表
2
的
I-U
、
P-U
图
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