Advertisement

手把手教你学Simulink实例:基于Simulink的光伏系统MPPT控制仿真实例

阅读量:

目录

手把手教学 Simulink 实战案例:光伏系统 MPPT 控制仿真实践

一、背景介绍

二、仿真建模过程

1. 打开Simulink并新建模型

2. 添加光伏电池模型

3. 配置光伏电池参数

4. 添加MPPT控制器

5. 实现MPPT控制算法

6. 添加DC-DC变换器

7. 添加负载

8. 连接各组件

9. 添加示波器观察结果

三、仿真测试

1. 设置仿真参数

2. 运行仿真

四、参数优化

1. 调整光伏电池参数

2. 优化MPPT控制算法

五、代码实例

六、总结


从零开始学习Simulink仿真案例:光伏系统MPPT控制仿真实例

一、背景介绍

**最大功率点跟踪技术(MPPT)**是太阳能发电系统中的核心技术,在各种环境下均可实现太阳能电池板的最大能量转换。该技术必须依靠动态调节机制持续追踪并优化工作状态参数,在光照强度和温度等环境因素的影响下灵活适应变化以确保最佳输出效率。

该软件提供了功能强大的仿真平台,可用于对光伏系统 MPPT 控制系统进行设计、分析及验证。本指南将提供详细的指导内容,介绍如何在 Simulink 中实现光伏系统 MPPT 控制的仿真过程。

二、仿真建模过程
1. 打开Simulink并新建模型
  • 打开 MATLAB窗口。
    • 在命令窗口中执行simulink指令启动Simulink界面。
    • 单击“Blank Model”按钮以创建一个新的空模型。
2. 添加光伏电池模型
  • 在SimulinkLibraryBrowser中定位并打开Simscape>Electrical>SpecializedPowerSystems>FundamentalBlocks>Sources
    • 拖放PVArray模块至模型编辑区。该模块模拟了光伏电池阵列的行为。
3. 配置光伏电池参数

点击 PV Array 模块并配置光伏电池的基本参数设置:
* 串联光伏电池的数量:Number of series cells
* 并联光伏电池的数量:Number of parallel strings
* 初始温度(例如:25°C):Temperature
* 初始光照强度(例如:1000 W/m²):Irradiance

4. 添加MPPT控制器
  • 在 Simulink Library Browser 中导航至 Simulink > User-Defined Functions 参数库。
    • 将 MATLAB Function 模块导入到模型编辑区。该模块被用来实现 MPPT 控制算法。
5. 实现MPPT控制算法

点击 MATLAB Function 模块并在其编辑器中输入 MPPT 控制逻辑的具体实现代码。常见的用于实现 MPPT 的方法主要包括扰动观察法(Perturb and Observe, P&O)以及电导增量法(Incremental Conductance, IncCond)等技术方案。

以下是一个简单的扰动观察法示例代码:

复制代码

matlab

深色版本

复制代码
 function dutyCycle = fcn(voltage, current, prevDutyCycle)

    
     % Parameters
    
     delta = 0.01;  % Perturbation step size
    
     V_ref = voltage;
    
     I_ref = current;
    
     
    
     % Calculate power
    
     P_ref = V_ref * I_ref;
    
     
    
     % Perturb the duty cycle
    
     dutyCycle = prevDutyCycle + delta;
    
     
    
     % Measure new power
    
     V_new = getVoltage(dutyCycle);  % Placeholder for actual voltage measurement
    
     I_new = getCurrent(dutyCycle);  % Placeholder for actual current measurement
    
     P_new = V_new * I_new;
    
     
    
     if P_new > P_ref
    
     % Move in the same direction
    
     dutyCycle = dutyCycle + delta;
    
     else
    
     % Move in the opposite direction
    
     dutyCycle = prevDutyCycle - delta;
    
     end
    
     
    
     % Ensure duty cycle is within bounds [0, 1]
    
     dutyCycle = max(0, min(1, dutyCycle));
    
 end

注意:上述代码仅为示例,在实际应用中请根据具体情况进行相应的修改,并将相应地将获取电压和读取电流的功能应替换成更为精确地测量电压与电流的具体方法。

6. 添加DC-DC变换器
  • 在 Simulink 库浏览器中定位并打开 Simscape > Electrical > Specialized Power Systems > Power Electronics 区域。
    • 通过拖放功能将 Buck ConverterBoost Converter 模块拖放到模型编辑区域。
    • 配置 DC-DC 转换器的参数设置项,请注意调整开关频率和占空比等关键指标。
7. 添加负载

从库中拖放Series RLC Branch模块至模型框图中,并将其设置为纯电阻参数(如10欧姆)。

8. 连接各组件

通过信号线将光伏阵列、最大功率跟踪控制器、直流变直流转换器以及负载电阻模块串联起来,从而构建闭合回路。

9. 添加示波器观察结果
  • 位于 Simulink > Sinks 工具包下的 Scope 模块被复制粘贴至模型中。
    • 将光伏电池组件的电压、电流以及与其负载端子相连的电压配置至 Scope 模块内用于实时捕捉动态变化。
三、仿真测试
1. 设置仿真参数
  • 在模型编辑器的顶部菜单栏中,请您进入 Simulation > Model Configuration Parameters 设置界面。
    • 根据具体需求设置仿真时间(建议设为 0.1 秒),并选择合适的求解器类型(我们强烈推荐使用 ode45 算法)以及其他相关参数配置。
2. 运行仿真
  • 完成后,请启动运行按钮以开始仿真。
    • 查看 Scope 窗口中的波形,并确认输出是否符合预期。
四、参数优化
1. 调整光伏电池参数
  • 在不同光照强度和温度条件下优化 PV Array 模块的参数设置,并评估 MPPT 控制器的工作性能。
  • 调节光照强度与温度参数组合以验证 MPPT 控制器的稳定性。
2. 优化MPPT控制算法
  • 通过优化扰动步长 \delta 的取值范围……
    • 深入研究多种MPPT算法(如电导增量法)……
五、代码实例

以下是完整的一个Simulink模型脚本示例,请参考下面提供的代码段来迅速构建一个基本的光伏系统MPPT控制方案

复制代码

matlab

深色版本

复制代码
 % 清除当前工作区的所有变量

    
 clear all; close all;
    
  
    
 % 创建新的Simulink模型
    
 modelName = 'PV_System_MPPT_Simulation';
    
 new_system(modelName);
    
 open_system(modelName);
    
  
    
 % 添加光伏电池
    
 add_block('simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Fundamental Blocks/Sources/PV Array', [modelName '/PV_Array']);
    
 set_param([modelName '/PV_Array'], 'NumberOfSeriesCells', '72'); % 光伏电池串联数量
    
 set_param([modelName '/PV_Array'], 'NumberOfParallelStrings', '1'); % 光伏电池并联数量
    
 set_param([modelName '/PV_Array'], 'Temperature', '25'); % 初始温度为25°C
    
 set_param([modelName '/PV_Array'], 'Irradiance', '1000'); % 初始光照强度为1000W/m²
    
  
    
 % 添加MPPT控制器
    
 add_block('simulink/User-Defined Functions/MATLAB Function', [modelName '/MPPT_Controller']);
    
 set_param([modelName '/MPPT_Controller'], 'FunctionName', 'mppt_controller'); % 自定义函数名称
    
  
    
 % 添加Buck转换器
    
 add_block('simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Power Electronics/Buck Converter', [modelName '/Buck_Converter']);
    
 set_param([modelName '/Buck_Converter'], 'SwitchingFrequency', '50e3'); % 开关频率为50kHz
    
  
    
 % 添加负载电阻
    
 add_block('simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Elements/Series RLC Branch', [modelName '/Load_Resistor']);
    
 set_param([modelName '/Load_Resistor'], 'BranchType', 'Res');
    
 set_param([modelName '/Load_Resistor'], 'R', '10'); % 设置电阻值为10Ω
    
  
    
 % 添加电压测量模块
    
 add_block('simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Fundamental Blocks/Measurements/Voltage Measurement', [modelName '/PV_Voltage_Measurement']);
    
 add_block('simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Fundamental Blocks/Measurements/Voltage Measurement', [modelName '/Load_Voltage_Measurement']);
    
  
    
 % 添加电流测量模块
    
 add_block('simscape/Electrical/Specialized Power Systems/Fundamental Blocks/Measurements/Current Measurement', [modelName '/PV_Current_Measurement']);
    
  
    
 % 添加示波器
    
 add_block('simulink/Sinks/Scope', [modelName '/Scope']);
    
  
    
 % 连接各模块
    
 add_line(modelName, [modelName '/PV_Array'], [modelName '/PV_Voltage_Measurement'], 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, [modelName '/PV_Array'], [modelName '/PV_Current_Measurement'], 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, [modelName '/PV_Array'], [modelName '/MPPT_Controller'], 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, [modelName '/MPPT_Controller'], [modelName '/Buck_Converter/g'], 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, [modelName '/Buck_Converter'], [modelName '/Load_Resistor'], 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, [modelName '/Load_Resistor'], [modelName '/Load_Voltage_Measurement'], 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, [modelName '/PV_Voltage_Measurement'], [modelName '/Scope'], 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, [modelName '/PV_Current_Measurement'], [modelName '/Scope'], 'autorouting', 'on');
    
 add_line(modelName, [modelName '/Load_Voltage_Measurement'], [modelName '/Scope'], 'autorouting', 'on');
    
  
    
 % 设置仿真参数
    
 set_param(modelName, 'StopTime', '0.1'); % 模拟运行时间为0.1秒
    
 set_param(modelName, 'Solver', 'ode45');
    
  
    
 % 保存模型
    
 save_system(modelName);
六、总结

在本教程中,我们全面讲解了光伏系统 MPPT 控制原理及其在 Simulink 平台上的具体实现方法,并深入分析了相应的仿真结果。

  • 背景介绍 :掌握MPPT技术及其在光伏发电中的关键作用。
    • 仿真建模过程 :从零开始构建一个完整的光伏系统MPPT控制仿真模型。
    • 仿真测试 :通过仿真运行观察结果,并验证该控制器的有效性。
    • 参数优化 :优化光伏电池参数设置与MPPT控制算法配置以提升系统性能表现。
    • 代码实例 :提供完整的Simulink仿真模型代码示例帮助读者快速上手。

全部评论 (0)

还没有任何评论哟~