光伏发电技术及其应用-教学ppt课件---第八章.ppt

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1、 计算机仿真技术（Computer Simulation Technology）是利用计算机科学和技术的成果建立被仿真系统的模型，并在某些实验条件下对模型进行动态实验的一门综合性技术。它具有高效、安全、受环境条件约束少、可改变时间的比例大、速度快等优点，已成为分析、设计、运行、评价系统的重要工具。电力电子器件所固有的非线性特性，使得由电力电子器件构成的系统分析起来十分困难。计算机仿真通过使用数学模型代替实际的电力电子器件，通过数值方法求解数学方程，获得各种条件下电路及系统中各状态变量的变化规律，达到实际实验所无法达到的效果。第第8 8章章 光伏逆变电源的仿真技术光伏逆变电源的仿真技术 在光伏逆

2、变器的研究与设计中，仿真技术占有重要部分。常用于电力电子方面的仿真软件有很多，比如PSIM、Saber、MATLAB和PSpice等。Saber软件最早是针对电源设计领域开发的，具有大量的电源专用器件和功率电子模型。与传统仿真软件不同，Saber在结构上采用MAST硬件描述语言和单内核混合仿真方案，并对仿真算法进行了改进，保证在最少的时间内获得最高的仿真精度。MATLAB中提供的“SimPowerSystems”是进行电力电子系统仿真的理想工具，与其他器件级的仿真系统不同，SimPowerSystems更关注器件的外特性，易于与控制系统相连接。PSIM是专门为电力电子设计的仿真软件，具有大量的

3、电力电子器件库，为此本章将以PSIM为例对光伏逆变电源的仿真做一些介绍。8.1 PSIM8.1 PSIM简介简介 PSIM是由美国Powersim公司研发，全称为Power Simulation的一款专门为电力电子和电动机控制设计的仿真软件。PSIM软件中的器件基本采用理想模型，计算速度非常快，学习和使用非常方便。PSIM具有强大的仿真引擎，高效的算法克服了其 其他多数仿真软件的收敛失败、仿真时间长的问题。PSIM的用户界面友好，容易掌握，且其输出数据的格式兼容性也非常好。PSIM被广泛应用于电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等领域，还可以与其他公司的仿真器相连接，具备与MATLA

4、B/Simulink联合仿真的能力。PSIM可以仿真复杂的控制电路，模拟电路、s域传递函数、z域传递函数以及用户自己编写的C/C+程序等。其中，用户编写的C/C+程序，利用Microsoft Visual C+编译成DLL文件，编译后的DLL文件便可以和PSIM链接进行仿真，如图8-1所示。频率特性解析是设计控制环的重要工具，相比于其他仿真软件要在执行AC Sweep之前把开关回路模型表示为平均模型（Average models），PSIM可以对工作在开关状态的电路进行AC Sweep。对于太阳能光伏应用，PSIM还特别包含了光伏电池的模型以及Solar Module工作参数计算器，模型精度高

5、，仿真和计算功能强大。在PSIM中，要表示一个电路，需要由电力电路、控制电路、传感器和开关控制器4部分构成，如图8-2所示，一个电路系统在PSIM中是以图中所示结构进行描述的。因此，电力电路中的一个系统在PSIM中是以图中所示结构进行描述的。因此，电力电路中的一个状态量必须通过一种传感器传送给控制电路，而控制信号也必须通过一种开关控制器或者接口才能传递并控制相应的电力电路。图图8-1 PSIM8-1 PSIM的的DLLDLL接口和接口和MATLABMATLAB接口接口图图8-2 PSIM8-2 PSIM的电路结构描述的电路结构描述 PSIM仿真软件包括3个部分：电路输入集成环境PSIM、PSI

6、M仿真器以及波形分析软件SIMVIEW。PSIM保存的电路示意图扩展名是sch，仿真生成的输出结果则以纯文本格式（*.txt）保存。SIMVIEW软件完成仿真数据结果的显示、计算和分析功能。8.1.1 8.1.1 软件界面软件界面 图8-3为PSIM软件的主界面，分为菜单栏、工具栏、绘图工作区、常用器件栏和状态栏。菜单栏中集中了所有可以操作的软件命令，其中很多常用的功能命令都能够在工具栏中找到，使用起来更为方便。在菜单栏中，“Elements（元件）”项为PSIM软件的器件库。在输入电路图的过程中用户会经常需要用到相应类别的器件以完成功能，例如，控制型器件的输出不可以直接驱动电力电路，需要添加

7、相应的驱动电路。在元件菜单或工具栏上选定相应的元器件后，鼠标光标便会在绘图工作区改变为相应的元器件图标，这时单击鼠标左键就可以将元器件置于绘图工作区中。在绘图工作区的空白处按住鼠标右键，还可以方便地拖动“图样”，快速定位操作区域。图图8-3 8-3 软件界面软件界面8.1.2 8.1.2 菜单栏和工具栏菜单栏和工具栏PSIMPSIM主窗口主窗口 PSIM主窗口有：（1）“文件”菜单新建New打开Open关闭Close关闭全部Close All保存Save另存为Save As保存全部Save All保存（密码保护）Save with Password PSIM具有设定密码的功能，设置密码之后的P

8、SIM文档只有在输入密码后才能看到电路图，没有输入密码的情况下只能够进行仿真和查看仿真结果（波形）。打包保存Save in Package File 当一个PSIM电路图文件包含多个子电路图，或者是参数文件时，使用打包保存的方式可以将它们存成一个文件。这种保存方式也方便存档。以旧版本保存Save as Older Versions打印Print打印预览Print Preview打印选择Print Selected打印选择预览Print Selected Preview页面设置Print Page Setup打印机设置Printer Setup退出Exit（2）“编辑”菜单撤销Undo重复Red

9、o剪切Cut复制Copy粘贴Paste全选Select All复制到剪贴板Copy to Clipboard 复制到剪贴板是指复制到Windows操作系统的剪贴板中。例如，当需要在Microsoft Word中插入由PSIM绘制的电路图时，就可以使用这个命令。在复制时可以选择以矢量图保存的metafile，或者bitmap位图及黑白单色图像。Metafile矢量图在缩放时效果更好。若保存为bitmap位图，应当先将电路在PSIM软件中缩放至较大的显示区域，再单击“复制”到剪贴板-彩色位图，这样可以复制较高分辨率的图像。放置文字Text连线Wire标签Label 为节点放置标签可以将多个节点连接

10、到同一个网络中，省去使用连线连接的繁琐。作用与Protel中的网络标号相同。属性Attributes添加/删除电流仪表Add/Remove Current Scope运行该命令后，鼠标光标将有一仪表图案跟随，此时单击想要观察电流的元器件，选择相应电流，即可添加一个电流仪表。在仿真时直接单击该仪表的图标，即可方便地查看该电流。如果想要删除相应仪表，则在单击该命令后单击想要删除的仪表即可。显示/隐藏仿真变量Show/Hide Runtime Variable运行该命令后，鼠标光标将有一图案跟随，此时单击想要查看运行变量的元器件，并选择要显示的变量项目，就可以在电路图中实时显示该项目。如果想取消显示

11、该内容，则在单击该命令后单击想要删除的变量所属的元器件，然后将该项目前的对勾去掉即可。显示/隐藏仿真变量的操作还可以通过在电路图中单击元器件，然后选择“仿真运行变量Runtime Variable”进行更改。激活Enable使被屏蔽的元件重新启用。屏蔽Disable暂时屏蔽部分元件（软件认为该电路中无该部分）。旋转Rotate左右翻转Flip L/R上下翻转Flip T/B查找Find查找下一个Find Next编辑库Edit Library退出Escape（3）“查看”菜单状态栏Status Bar工具栏Toolbar元件工具栏Element Toolbar最近使用的元件Recently U

12、sed Element List浏览库Library Browser放大Zoom In缩小Zoom Out适合屏幕Fit to Page缩放选择Zoom in Selected元件列表Element List元件计数Element Count刷新 Refresh（4）“子电路”菜单新建子电路New Subcircuit导入子电路Load Subcircuit编辑子电路 Edit Subcircuit设置子电路大小 Set Size放置双向端口Place Bi-directional Port放置输入信号端口 Place Input Signal Port放置输出信号端口 Place Outpu

13、t Signal Port显示端口 Display Port 编辑默认变量列表 Edit Default Variable List编辑图像 Edit Image向上一层 One Page Up显示顶层电路 Top Page 显示子电路名称 Display Subcircuit Name显示子电路端口 Show Subcircuit Port隐藏子电路端口 Hide Subcircuit Port子电路列表 Subcircuit List（5）“元件”菜单电力元件 Power控制元件 Control其他源 Sources符号 Symbols用户自定义 User Defined事件控制元件 Ev

14、ent ControlSimcoder for Code Generation组件（6）“仿真”菜单仿真控制Simulation Control运行仿真Run Simulation取消仿真Cancel Simulation暂停仿真Pause Simulation重启仿真Restart Simulation仿真下一时间步长Simulate Next Time Step运行SIMVIEW Run SIMVIEW生成网络表Generate Netlist File显示网络表View Netlist File显示警告Show Warning整理SLINK节点Arrange SLINK Nodes生成C

15、语言源码Generate Code设置仿真波形显示Runtime Graphs（7）“选项”菜单设置Settings自动运行SIMVIEW Auto-run SIMVIEW输入密码 Enter Password设置DLL搜索路径 Set Path自定义工具栏 Custom Toolbars自定义热键 Custom Keyboard保存自定义设置 Save Custom Settings加载自定义设置 Load Custom Settings（8）“工具”菜单s域-z域转换器 s2z Converter器件数据库编辑器 Device Database EditorB-H磁化曲线 B-H Curv

16、e光伏模块（物理模型）计算器 Solar Module(Physical model)SimCoupler设置 SimCoupler Setup运行/导出到SmartCtrl Launch/Export to SmartCtrl单位转换器 Unit Converter计算器 Calculator（9）“窗口”菜单新建窗口 New Window层叠窗口 Cascade堆叠窗口 Tile整理图标 Arrange IconsSIMVIEW窗口有：（1）“文件”菜单打开 Open合并 Merge重新加载 Re-Load保存设置 Save Settings保存 Save打印 Print打印机设置 Pri

17、nter Setup页面设置 Print Page Setup打印预览 Print Preview退出 Exit（2）“编辑”菜单撤销 Undo复制到剪贴板 Copy to Clipboard查看数据点 View Data Points（3）“轴”菜单X轴 X AxisY轴 Y Axis选择X轴变量 Choose X-Axis Variable（4）“屏幕”菜单添加/删除曲线 Add/Delete Curves添加屏幕 Add Screen删除屏幕 Delete Screen（5）“测量”菜单测量 Measure最大值 Max最小值 Min下一个最大值 Next Max下一个最小值 Next

18、Min（6）“分析”菜单运行FFT Perform FFT时域中显示 Display in Time Domain平均值 Avg绝对值平均数 Avg(|x|)均方根 rms功率因数 PF(power factor)有功功率 P(real power)视在功率 S(apparent power)总谐波畸变率 THD（7）“视图”菜单缩放 Zoom重绘 Redraw退出 Escape标准工具栏 Standard Toolbar测量工具栏 Measure Toolbar状态栏 Status Bar计算器 Calculator（8）“选项”菜单设置 Settings网格显示 Grid颜色 Color（

19、9）“标签”菜单文字 Text直线 Line点线 Dotted Line箭头 Arrow（10）“窗口”菜单新窗口 New层叠窗口 Cascade堆叠窗口 Tile整理图标 Arrange IconsSIMVIEW工具栏如下：从左至右依次为：“打开”、“打印波形”、“复制波形到剪贴板”、“撤销”、“重新载入波形”、“重绘屏幕”、“退出缩放或测量模式（返回光标）”、“x轴设置”、“y轴设置”、“添加/删除波形到当前屏幕”、“添加屏幕”、“选框缩放”、“放大”、“缩小”、“动态缩放”、“鼠标缩放”、“平移”、“测量”、“标记坐标值”、“FFT”、“返回到时域”、“添加文字到屏幕”、“暂存当前显示设

20、置”、“加载暂存的显示设置”、“选择波形”、“测量x轴/y轴”、“查找全局最大值”、“查找全局最小值”、“查找下一个局部最小值”、“平均值”、“方均根值”、“绝对值平均数”、“下一个数据点”、“上一个数据点”、“功率因数”、“有功功率”、“视在功率”、“总谐波畸变率”。8.1.3 8.1.3 基本使用基本使用1创建实验电路 打开PSIM软件，新建一个电路图。在元件菜单中，或者元件工具栏中查找电路所需要的元器件（如单击“元件”“源”“电压源”“DC”，可以选定一个直流电源，或者直接单击元件工具栏上的 进行选择）。一旦选定一个元器件，该元器件的图像将出现在屏幕中并随光标移动，此时单击鼠标右键可以旋

21、转元器件。通过在屏幕相应位置单击鼠标左键，就可以放置该元器件。放置元器件后，光标仍然保持该元器件的图像，表示可以继续放置。若不需要继续放置该元器件，则通过单击PSIM工具栏中的箭头图标 ，取消对相应元器件的选择并恢复成鼠标光标。将需要的元器件放置在屏幕上之后，可以移动相应元器件，或者旋转元器件以方便连接和观看电路图。当元器件放置好后，选择工具栏上的连线工具 （或通过菜单选择连线命令），光标将变为笔样的图标，这时可以对元器件进行连线。单击工具栏上的标签图标放置标签 ，可以减少连线。相同标签对应的节点是连接在一起的，属于同一个网络节点。从左至右依次为：“打开”、“打印波形”、“复制波形到剪贴板”、

22、“撤销”、“重新载入波形”、“重绘屏幕”、“退出缩放或测量模式（返回光标）”、“x轴设置”、“y轴设置”、“添加/删除波形到当前屏幕”、“添加屏幕”、“选框缩放”、“放大”、“缩小”、“动态缩放”、“鼠标缩放”、“平移”、“测量”、“标记坐标值”、“FFT”、“返回到时域”、“添加文字到屏幕”、“暂存当前显示设置”、“加载暂存的显示设置”、“选择波形”、“测量x轴/y轴”、“查找全局最大值”、“查找全局最小值”、“查找下一个局部最小值”、“平均值”、“方均根值”、“绝对值平均数”、“下一个数据点”、“上一个数据点”、“功率因数”、“有功功率”、“视在功率”、“总谐波畸变率”。最后，双击图中的元

23、器件，并在相应处填上元器件的参数，为元器件赋值。经过以上步骤，完整的实验电路图就被创建好了。在编辑菜单中的激活/屏蔽命令，可以激活/屏蔽电路的一部分。设置屏蔽后的电路，在电路仿真的时候将被认为是不存在的。当某些元器件只是暂时不用时，可以避免删除后再次使用时需要重复添加和设置参数。2运行仿真 单击菜单中的“仿真”“仿真控制”，可以将仿真控制元器件放入电路图中。双击仿真控制元器件，可以对仿真条件进行设置。如图8-4所示，对话框中依次可以设置包括仿真的时间步长、仿真的总时长、数据输出开始时间和数据间隔等参数。图图8-4 8-4 仿真参数设定仿真参数设定设定仿真参数时应注意以下几个问题：1）时间步长的

24、选择。PSIM的仿真采用已设定的时间步长，仿真时间步长一定要合理选择。限制电路时间步长的因素包括开关周期、脉冲宽度或波形振幅和瞬时间隔。时间步长最少也要比以上三者小一个数量级。2）FFT分析应满足的要求：波形要达到稳定；用于FFT变换的数据长度应该是基本周期的整数倍。设置好仿真条件后，单击“菜单仿真”“运行仿真”，或者按F8键。当仿真运行完成后，SIMVIEW程序会自动打开，并显示可以显示波形的变量。选择需要查看的波形，并单击“添加”，即可查看相应的波形。应当注意的是，由于开关元器件处理上的简化，PSIM在提高仿真速度、简化电路图设计过程的同时，也失去了描述开关过渡过程的能力。因此，对于开关过

25、程的电流、电压尖刺等暂态过程，PSIM一般不能详细描述。设定仿真参数时应注意以下几个问题：1）时间步长的选择。PSIM的仿真采用已设定的时间步长，仿真时间步长一定要合理选择。限制电路时间步长的因素包括开关周期、脉冲宽度或波形振幅和瞬时间隔。时间步长最少也要比以上三者小一个数量级。2）FFT分析应满足的要求：波形要达到稳定；用于FFT变换的数据长度应该是基本周期的整数倍。设置好仿真条件后，单击“菜单仿真”“运行仿真”，或者按F8键。当仿真运行完成后，SIMVIEW程序会自动打开，并显示可以显示波形的变量。选择需要查看的波形，并单击“添加”，即可查看相应的波形。应当注意的是，由于开关元器件处理上的

26、简化，PSIM在提高仿真速度、简化电路图设计过程的同时，也失去了描述开关过渡过程的能力。因此，对于开关过程的电流、电压尖刺等暂态过程，PSIM一般不能详细描述。3分析波形 在Powersim的安装目录下的examples目录中，有大量的示例文件可以学习参考，需要的时候还可以作为功能模块直接使用。运行PSIM软件所带的示例文件之一pwm-rectifier.sch（电路见图8-5），该电路是一个三相六开关PWM整流电路。上半部分是它的电力电子电路，下半部分是控制环节。控制环节的输入为传感器采集的电压信号，输出通过开关控制器控制开关管的导通与关断。单击运行仿真按钮 启动仿真，仿真完成后会自动启动波

27、形的分析工具SIMVIEW。在弹出的属性设置对话框中，双击窗口左侧“可用变量”列表中的Vdc项目，添加Vdc到波形图显示变量中，单击确定之后软件将Vdc的仿真波形图绘制到屏幕，可以看到三相交流电被整流成近似直流电，如图8-6所示。图图8-5 8-5 电路原理图电路原理图图图8-6 8-6 波形图波形图 单击工具栏上的图标（或者单击菜单“测量”“测量”），可以激活测量光标，并在“测量”窗口上显示当前光标位置，选定波形的X和Y值。单击工具栏上 的图标（或者单击菜单“测量”“标记数据点”），可以在波形图上标出当前测量点的X和Y值，且光标移动后数值不会消失，如图8-7所示。用户还可以使用“测量（Mea

28、sure）”菜单选择其他的测量命令，或者“分析（Analysis）”菜单中的命令，对波形进行更多的分析。图图8-7 8-7 波形图中的测量值波形图中的测量值8.2 8.2 光伏电池模型仿真光伏电池模型仿真8.2.1 8.2.1 光伏电池模型光伏电池模型 由于包含单二极管的电路等效模型可以被用于描述单体光伏电池或者串、并联结构的光伏模块（面板）的电路特性，因此在PSIM软件中的光伏模块元件模型既可以用于仿真单个光伏单元，也可以用于仿真光伏模块甚至是光伏阵列。在PSIM中，光伏模块的模型分为物理模型和函数模型两种，两种元件在软件中的图形分别如图8-8a、b所示。图图8-8 PSIM8-8 PSIM

29、软件中的光伏模块软件中的光伏模块a)a)物理模型物理模型 b)b)函数模型函数模型 这两种模型的理论基础都是光伏电池的单二极管等效电路模型，区别在于软件的使用者输入的参数类型不同。物理模型是描述信息比较详细的模型，可以设定的参数较多，且参数与光伏面板的物理特性和工作环境相关。PSIM软件根据用户输入的物理模型参数，对光伏面板的输出特性曲线进行计算。函数模型和物理模型基于的电路模型相同，但是用户在仿真时需要设置的参数类型与物理模型不同，包括开路电压、短路电流、最大功率点电压和最大功率点电流。这些参数在物理模型中，是由PSIM软件根据模型的物理参数间接计算得到的。在PSIM的帮助文件中，对PSIM

30、软件使用的光伏面板模型做了说明。物理模型和函数模型有3个相同的端口。最上面的端口是PSIM根据模型的参数和输入的工作条件参数，对模型当前的最大输出功率进行计算的结果，使用电压探针可以读取。右侧的直流输出正、负极端口，在两种模型上也没有分别，都是光伏面板的电能输出端。而与函数模型不同的是，物理模型的左侧S端口用于设定光伏面板接收的辐照度，左侧的T端口用于设定光伏面板的工作温度。根据单二极管等效电路模型，PSIM的光伏面板模型由下面的方程组进行描述：式中，q为电子电荷，C；k为玻耳兹曼常数 J/K；S为光强；为绝对温度；U为光伏电池的端电压；i为模块输出的电流值。光伏面板物理模型的参数及解释如下：

31、光伏面板中串联的光伏单元数Ns：光伏面板通常是由36个光伏电池单元串联而成的，符合串联电路电流相同电压相加的规律。标准辐照度为S0：光伏面板测试的标准辐照度（单位为W/m2），国际标准为1000W/m2。参考温度为Tref：标准测试条件下的温度（单位为），国际标准为25。串联电阻Rs：光伏面板中单个光伏单元的串联电阻（单位为）。并联电阻Rsh：光伏面板中单个光伏单元的并联电阻（单位为）。短路电流Isc0：光伏面板中的单颗光伏单元，在标准测试条件（1000W/m2，25）下的短路电流。二极管饱和电流Is0：光伏面板中单颗光伏单元，在标准测试条件（1000W/m2，25）下的饱和电流。能带宽度Eg

32、：光伏面板中单颗光伏单元的能带宽度（单位为eV）。晶体硅光电池这一数值通常在1.2左右，非晶硅光电池通常为1.75左右。光伏面板物理模型的参数及解释如下：光伏面板中串联的光伏单元数Ns：光伏面板通常是由36个光伏电池单元串联而成的，符合串联电路电流相同电压相加的规律。标准辐照度为S0：光伏面板测试的标准辐照度（单位为W/m2），国际标准为1000W/m2。参考温度为Tref：标准测试条件下的温度（单位为），国际标准为25。串联电阻Rs：光伏面板中单个光伏单元的串联电阻（单位为）。并联电阻Rsh：光伏面板中单个光伏单元的并联电阻（单位为）。短路电流Isc0：光伏面板中的单颗光伏单元，在标准测试条

33、件（1000W/m2，25）下的短路电流。二极管饱和电流Is0：光伏面板中单颗光伏单元，在标准测试条件（1000W/m2，25）下的饱和电流。能带宽度Eg：光伏面板中单颗光伏单元的能带宽度（单位为eV）。晶体硅光电池这一数值通常在1.2左右，非晶硅光电池通常为1.75左右。理想因子n：光伏面板中单颗光伏单元的理想因子，又称为发射系数，与光伏单元PN结特性相关。晶体硅光电池这一数值大概在2左右，非晶体硅光电池通常小于2。温度系数Ct：温度系数（单位为A/或A/K）。系数Ks：系数Ks定义了光照强度影响光伏电池温度的情况。8.2.2 8.2.2 光伏模块光伏模块I-UI-U仿真仿真 本节介绍PSI

34、M中的光伏模块物理模型元件。通过使用该模型，可以仿真得到光伏模块在不同条件下的I-U特性曲线。仿真电路图如图8-9所示。图图8-9 8-9 仿真电路图仿真电路图 PSIM的光伏模块物理模型需要输入光伏面板所接收的辐照度和环境温度。在示例中，输入的是标准测试环境下的物理参数，为1000W/m2的辐照度和25的工作温度。在PSIM中，使用直流电源连接元件的参数设定端口，并通过直接将电压值设置为相应数值的方式对光伏模块设置输入参数。标记为Pmax和Icell的分别是PSIM软件中的电压和电流探针，分别读取光伏面板在当前工作条件下的最大输出功率值（由PSIM根据用户设定的参数计算）和光伏面板的输出电流

35、大小。它们将会对仿真过程中的电压和电流值进行记录并保存，以便在SIMVIEW查看相应的波形图。在标记Icell和Vcell中间的是电路传感器，电流传感器的用法和它的名称非常相符，它的作用是将当前的电流大小传递给控制电路。与电流探针不同的是，电流传感器不记录电流值。图中的 为电压传感器，它和电流传感器的功能类似，是将电位差值传送给控制电路。在本电路图中，由电流传感器的输出和电压传感器的输出相乘得到的光伏面板输出功率值，由电压探针Power记录。图中的 为三角波电压源，它能输出周期三角波或锯齿波。在本实例中，利用该器件产生一随时间以固定斜率上升的电压信号，以记录光伏模块的I-U特性。三角波设置为占

36、空比0.5，频率10000Hz，则周期为1/10000 s，电压上升时间为1/20000 s，即50 us。故仿真控制元件中，设置仿真总时长为50us。仿真得到的I-U曲线如图8-10所示，P-U曲线如图8-11所示。PSIM软件在“Utilities（工具）”菜单中还提供了 Solar Module(physical model)功能。其界面如图8-12所示。图图8-10 I-U/8-10 I-U/曲线曲线图图8-11 P-U8-11 P-U曲线曲线图图8-12 8-12 光伏模块的参数设置光伏模块的参数设置 通过输入光伏模块的物理参数，可以快速地计算模块的工作参数和最大功率点的信息，并获得

37、模块的I-U曲线。8.3 8.3 最大功率点跟踪仿真最大功率点跟踪仿真 最大功率点跟踪的方法不止一种，本节实例为基于扰动观察法的最大功率点跟踪仿真。本节仿真的MPPT算法基于DLL模块实现。在PSIM软件中，用于编写函数和算法程序的编程模块有若干种，比如基于数学函数的模块、DLL模块和C语言模块。本节中介绍基于外部DLL文件的通用DLL模块（在PSIM中为General DLL Block）。通用DLL模块，比PSIM中另外提供的固定端口DLL模块更为灵活，可以定义任意数量的输入端口和输出端口。基于C语言编写的DLL模块，某些也可以直接被PSIM软件提供的C语言功能模块代替，代码无需修改。固定

38、3端口输入DLL模块、通用DLL模块、C语言模块如图8-13所示。1编写DLL文件 下面使用Microsoft Visual C+6.0介绍编写DLL模块文件的方法。首先，打开VC6主程序，新建一个DLL工程。在新建对话框中选择Win32 Dynamic-Link Library，并选择好工程的保存路径，填写好工程名单击确定，如图8-14所示。图图8-13 8-13 （从左至右）固定（从左至右）固定3 3端口输入端口输入DLLDLL模块、模块、通用通用DLLDLL模块、模块、C C语言模块语言模块图图8-14 8-14 创建工程文件创建工程文件图图8-15 8-15 在工程中添加一个在工程中添

39、加一个C C语言源代码文件语言源代码文件 在接下来的向导中选择建立一个空DLL工程，并单击完成。弹出的对话框询问是否创建一个空的DLL工程，再次单击确定。在工程中添加一个C语言源代码文件，如图8-15所示。在新建的PODLL.C文件中加入以下代码，引用基本的.h文件并定义函数体：#inculde#include_declspec(dllexport)void simuser(double t,double delt,double*in,double*out)在函数体中编写MPPT算法。其中输入端口为in数组，编号按从上到下为顺序。输出端口为out数组，编号按从上到下为顺序。变量t和变量delt

40、分别是时间和仿真步长。编写完成后单击菜单栏的“组建（Build）”“全部重建（Rebuild All）”，编译通过后，便可以在工程目录的Debug目录下找到生成的DLL文件。2设置DLL模块通用DLL模块需要设置的内容包括输入端口数和输出端口数，以及DLL文件的位置，如图8-16所示。图图8-16 8-16 设置设置DLLDLL模块模块 本实例中的MPPT算法根据光伏模块的输出电压和输出电流进行最大功率点的跟踪，因此输入端口需要两个，分别为光伏模块的输出电压值和输出电流值；输出端口只有一路信号，为MOS晶体管的PWM驱动信号。定义好DLL模块，加入到Boost电路中，得到整体的仿真电路图如图8

41、-17所示，其中VPO为利用电压和电流传感器的输出计算的光伏面板输出功率。图图8-17 MPPT8-17 MPPT算法算法扰动观察法的控制流程图如图8-18所示。图图8-18 8-18 扰动观察法的控制流程扰动观察法的控制流程3仿真测试 运行仿真，可以观察光伏面板在辐照度变化的情况下的最大输出功率值的变化（由PSIM软件自动计算得出），以及同光伏模块当前输出功率进行对比。仿真还可以观察光伏模块输出电压的变化情况，看到MPPT算法对UMPP的跟踪效果。由图8-19、图8-20可知，算法对于最大功率点的跟踪是有效的，对光伏面板的输出电压的调整是清晰可见的图图8-19 8-19 输出功率对相应辐照度

42、最大功率值的跟踪输出功率对相应辐照度最大功率值的跟踪图图8-20 MPPT8-20 MPPT对光伏面板输出电压的调节对光伏面板输出电压的调节 本节介绍光伏逆变电源的PSIM仿真。仿真电路的功能框图如图8-21所示。8.4 8.4 光伏逆变电源的仿真光伏逆变电源的仿真图图8-21 8-21 仿真电路的功能框图仿真电路的功能框图 在本例中，以基本的反激式DC/DC电路为例，对光伏模块的输出进行升压，然后再经过DC/AC桥式逆变电路将直流电转换为正弦交流电。反激式升压电路和正弦交流逆变电路，分别通过各自的控制环节控制驱动相应的开关管。反激电路的电力电子电路如图8-22所示。假定光伏模块的输出直流电压

43、为35V，反激变换器的设计功率为180W，设计输出电压为360V。设定反激变换器的工作频率为50kHz，工作在电流连续模式（CCM）。经过计算，设置仿真中的单相变压器参数如图8-23所示。图图8-22 8-22 反激电路的电气部分反激电路的电气部分 图图8-23 8-23 设置仿真中的单相变压器参数设置仿真中的单相变压器参数 假定的光伏模块35V直流输出电压，在仿真中以35V的直流电压源代替。仿真电路图中，标签D为开关管的驱动信号。反激电路包含RCD反峰吸收电路，R为33k，C为0.2nF。反激变换器的控制部分的输入为反激变换器的输出电压U，在PSIM中采用电压传感器（Voltage Sens

44、or）获得并传送给标签（Label）V。图图8-24 8-24 反激变换器控制部分的仿真设计反激变换器控制部分的仿真设计 假定的光伏模块35V直流输出电压，在仿真中以35V的直流电压源代替。仿真电路图中，标签D为开关管的驱动信号。反激电路包含RCD反峰吸收电路，R为33k，C为0.2nF。反激变换器的控制部分的输入为反激变换器的输出电压U，在PSIM中采用电压传感器（Voltage Sensor）获得并传送给标签（Label）V。图图8-24 8-24 反激变换器控制部分的仿真设计反激变换器控制部分的仿真设计 反激变换器控制部分的仿真设计如图8-24所示。控制环节根据V与设定值的差值，经过PI

45、环节的调节，最终增大或者减小MOS晶体管驱动电压的占空比。在本实例中，当实际输出电压值小于360V时，增加占空比；当实际输出电压大于360V时，减小占空比。升压获得的360V直流电压，被送入逆变电路进行正弦交流逆变。在本实例中，逆变电路也分为电气电路和控制环节两部分，其中电气部分如图8-25所示。图图8-25 8-25 逆变器的电气部分逆变器的电气部分 逆变电路的输出端接有一电压传感器，并将测量值输出至标签output。桥式逆变电路的4个开关管，分为两组由相应的驱动信号控制通断。驱动信号由控制环节输出给图中的三角形元器件在PSIM中控制信号不能直接驱动开关管，需要经过相应的电气元器件，如此处使

46、用的On/Off Controller（开关控制器）元器件。图8-26所示为逆变电路的控制环节。控制环节的目的是将360V的直流电转换为波形与Vsin相同，即有效值为220V的标准正弦波。控制环节的输出可通过电压探针V10查看，为SPWM波形。将上述电路完整连接，并在PSIM中运行仿真，得到图8-27、图8-28相应的仿真结果。图图8-26 8-26 逆变电路的控制环节逆变电路的控制环节图图8-27 8-27 反激变换器的输出电压反激变换器的输出电压图图8-28 8-28 逆变电路的输出电压跟踪情况（逆变电路的输出电压跟踪情况（VP5VP5为为逆变电路输出电压，逆变电路输出电压，V13V13为为VsinVsin正弦波）正弦波）