光伏电池发电系统实时仿真

在全球清洁能源转型背景下，光伏发电作为重要的可再生能源利用方式，得到了广泛关注。光伏电池是由许多光伏电池板组成的发电系统，通过将太阳光能转化为电能，为全球能源供应提供了一种清洁、可持续的解决方案。

本篇中我们基于 EasyGo 实时仿真器EGBox Mini，对光伏电池发电系统进行仿真实验。通过与离线仿真对比，可以看到EasyGo 实时仿真设备能在实际科研/教学中替代真实设备进行光伏电池发电系统的仿真模拟，再次验证了 EasyGo 实时仿真平台的准确性与可靠性。

一、光伏发电系统

光伏发电是通过多个光伏电池板组成的光伏阵列，经串联或并联输出电流和电压。光伏电压和电流是光伏电池的基本物理量，二者关系结合参数变量可描述光伏电池的输出特性。

光伏阵列建模通常有以下两种方式：

▍物理建模：基于光伏电池的物理特性。

▍数学建模：根据电池的外特性，建立电压与电流的关系，模拟电池的外部特性。

目前，数学建模方式被广泛接受和认可。在仿真时只需提供光伏电池的特性参数，即可模拟不同种类的光伏电池。

光伏电池电路原理图如下：

光伏电池模型通常包含一个并联二极管和两个电阻，二极管表示分子的极化现象，电阻表示损耗，这种模型通常也被称为单二极管模型。

二、仿真验证

光伏电池模块的仿真模型与外部进行电气连接，既可以是受控电压源型，也可以是受控电流源型。按照通常做法，一般将光伏电池等效为受控电流源进行建模，结构如图。

模型参数配置界面图所示：

其中：

Tref：光伏电池参考温度(℃)，默认为25℃；

Rref：光伏电池光照强度参考值(W/m2)，默认为1000 W/m2；

Vm：最大功率处电压

Im：最大功率处电流

Voc：开路电压

Isc：短路电流

NB_S：光伏电池串联数量

NB_P：光伏电池并联数量

通过外部给定光伏电池按时间变化的电压，可测试光伏电池输出电流与电压（I-U）以及功率与电压（P-U）之间的特性曲线。

1、离线仿真

按上述模型参数进行配置，运行仿真模型，离线仿真结果如图：

2、EasyGo 实时仿真

EGBox Mini产品系列是基于CPU+FPGA 硬件架构设计的一体式紧凑型实时仿真产品，属于 EGBox 系列实时仿真器的入门级产品。其不同型号可完成硬件在环测试系统（HIL）或者快速控制原型系统（RCP）。将控制模型和拓扑模型分别通过仿真上位机部署进两个实时仿真器（EGBox Mini），整体架构如下图所示：

不改变模型参数配置，使用 EasyGo 实时仿真平台运行仿真模型，实时仿真波形如下。

可以看到：当给定光伏电池参考温度度为 25℃，光照强度为 1000W/m? 时，电流与功率值实时仿真波形图与与离线一样变化趋势。

EasyGo实时仿真平台基于 Matlab/Simulink 的实现方式具有上手快、通用性强的特点，在完成端口配置的基础上可以实现免培训操作。上位机软件 Desksim 可通过在线调参功能对系统的功率电路部分进行实时调控，这里就不过多赘述。

光伏电池实时仿真就分享到这里了，欢迎感兴趣的工程师们留言沟通。

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