单级式光伏并网系统MATLAB仿真：探索无Boost电路的MPPT实现

单级式光伏并网系统MATLAB仿真。 无boost电路，通过控制后面并网电流实现mppt功能，采用了扰动观察法。 模拟一天从日出到日落的全过程。

在光伏并网系统的研究中，单级式结构因其简洁性与成本效益备受关注。本文聚焦于无Boost电路的单级式光伏并网系统，通过控制并网电流来达成最大功率点跟踪（MPPT）功能，并且采用扰动观察法模拟一天从日出到日落的全过程，用MATLAB来实现这一仿真。

系统原理

传统的光伏并网系统通常会采用Boost电路来提升电压，以便更好地匹配电网电压。但在我们这个设计里，省略了Boost电路，直接依靠对并网电流的精准控制来实现MPPT。

扰动观察法

扰动观察法是实现MPPT的常用手段。其核心思路是通过不断地扰动光伏阵列的工作点，并观察功率的变化方向，进而朝着功率增加的方向调整工作点。

具体流程为：在每个控制周期，给光伏阵列的工作电压一个小的扰动（比如增加或减少一个ΔV），然后比较扰动前后的功率值。如果功率增加，那么朝着这个扰动方向继续调整；反之，则朝着相反方向调整。

MATLAB代码实现

下面我们来看关键部分的MATLAB代码示例：

% 参数初始化 % 光伏电池参数 Isc = 8.5; % 短路电流 Voc = 44.5; % 开路电压 Np = 1; % 并联电池片数 Ns = 36; % 串联电池片数 % 设定一天中不同时间的光照强度和温度 time = 0:0.1:24; % 以0.1小时为间隔模拟一天24小时 G = zeros(size(time)); T = zeros(size(time)); for i = 1:length(time) if time(i) >= 6 && time(i) < 18 G(i) = 1000 * (1 - abs((time(i) - 12) / 6)); % 光照强度从6点开始增强到12点最强，然后减弱 else G(i) = 0; % 夜间光照为0 end T(i) = 25 + 0.5 * G(i) / 100; % 温度与光照强度相关 end % 初始化光伏阵列电流和电压 I = zeros(size(time)); V = zeros(size(time)); % 初始工作点设定 V(1) = 0.7 * Voc; I(1) = Isc * (1 - 0.0025 * (T(1) - 25)) * (1 - (V(1) / (Voc * (1 - 0.0025 * (T(1) - 25)))) ^ 1.2); % 扰动观察法参数 deltaV = 0.1; % 电压扰动步长 P = zeros(size(time)); % 存储功率 for k = 2:length(time) % 保存上一时刻的功率 P_prev = I(k - 1) * V(k - 1); % 进行电压扰动 V(k) = V(k - 1) + deltaV; % 计算扰动后的电流 I(k) = Isc * (1 - 0.0025 * (T(k) - 25)) * (1 - (V(k) / (Voc * (1 - 0.0025 * (T(k) - 25)))) ^ 1.2); % 计算扰动后的功率 P(k) = I(k) * V(k); if P(k) < P_prev % 如果功率减小，改变扰动方向 V(k) = V(k - 1) - deltaV; I(k) = Isc * (1 - 0.0025 * (T(k) - 25)) * (1 - (V(k) / (Voc * (1 - 0.0025 * (T(k) - 25)))) ^ 1.2); P(k) = I(k) * V(k); end end

代码分析

1. 参数初始化：首先设定了光伏电池的关键参数，如短路电流Isc、开路电压Voc，以及串联和并联的电池片数量。同时，初始化了一天中不同时间的光照强度G和温度T的数组。这里通过简单的模型来模拟光照强度随时间的变化，在6点到18点之间光照强度呈现类似三角形的变化，而温度则与光照强度呈正相关。
2. 初始工作点设定：给光伏阵列的初始电压设定为开路电压的0.7倍，然后根据光伏电池的特性方程计算出初始电流。
3. 扰动观察法实现：在每个时间步长内，对电压进行扰动（增加deltaV），计算扰动后的电流和功率。如果扰动后的功率小于上一时刻的功率，就改变扰动方向（减少deltaV），重新计算电流和功率。这样就能不断寻找最大功率点。

模拟一天全过程

通过上述代码，我们已经能够模拟光伏阵列在一天内，随着光照强度和温度变化，不断寻找最大功率点的过程。为了完整实现并网系统，还需要考虑并网电流的控制部分，这里可以采用常见的电流控制策略，比如PI控制，将计算出的最大功率点对应的电流作为参考电流，与实际测量的并网电流进行比较，通过PI控制器的调节作用，使得实际并网电流跟踪参考电流。

% 并网电流PI控制 kp = 0.5; ki = 0.1; error = zeros(size(time)); integral = 0; I_grid = zeros(size(time)); for k = 1:length(time) error(k) = I(k) - I_grid(k); integral = integral + error(k); I_grid(k + 1) = I_grid(k) + kp * error(k) + ki * integral; end

并网电流PI控制代码分析

1. 参数设定：定义了PI控制器的比例系数kp和积分系数ki，这两个参数的选择对系统的动态性能和稳态性能有很大影响，这里只是简单设定了初始值，实际应用中可能需要根据具体情况进行调试。
2. 误差计算与控制：计算参考电流（最大功率点对应的电流I(k)）与实际并网电流Igrid(k)的误差error(k)，并对误差进行积分。通过PI控制律来更新下一时刻的并网电流Igrid(k + 1)，使得实际并网电流能够跟踪最大功率点对应的电流，从而实现无Boost电路下通过控制并网电流达成MPPT功能，模拟一天从日出到日落的全过程。

通过MATLAB的强大功能，我们可以方便地对这种单级式光伏并网系统进行仿真研究，深入了解其工作特性和控制策略的有效性。希望本文的内容能为相关领域的研究和实践提供一些有用的参考。