Модель фотоэлемента для библиотеки SimPowerSystems пакета MatLab/Simulink

Предложена новая Simulink-модель фотоэлемента, ориентированная на использование стандартной библиотеки элементов систем электроснабжения SimPowerSystems из программного пакета MatLab/Simulink. Модель позволяет изменять значения солнечного излучения, температуры фотоэлемента и сопротивления нагрузки. Результатами работы модели являются расчетные значения напряжений и токов на выходе фотоэлемента. Разработанная Simulink-модель реализует известную зависимость вольт-амперной характеристики фотоэлемента путем использования как стандартных блоков MatLab/Simulink, так и специальных электротехнических блоков библиотеки SimPowerSystems. Модель отличается тем, что последовательное и параллельное сопротивления фотоэлемента в ней выполнены в виде резисторов из библиотеки SimPowerSystems. Основной алгоритм расчета реализован программным путем с использованием языка программирования «С». Для повышения устойчивости алгоритма к алгебраическим циклам введены параметры ограничений. Предложена новая методика расчета параметров модели фотоэлемента на основе экспериментальных данных. Методика предполагает составление системы уравнений с экспериментальными значениями напряжений и токов фотоэлемента. Для фотоэлектрического модуля OSP XTP 250 выполнены экспериментальные исследования в условиях различных значений солнечного излучения, показавшие, что относительная погрешность разработанной Simulink-модели не превышает 12 %. Simulink-модель позволяет формировать фотоэлектрические модули и затем схемы фотоэлектростанций в составе систем электроснабжения. Благодаря этому можно имитировать работу потребителей электроэнергии, погодные условия, наличие теней или загрязнения на поверхности фотоэлектрических модулей, выполнять имитацию развивающихся неисправностей в фотоэлектрических модулях электростанции (например, имитацию снижения КПД модулей из-за их деградации или увеличение их последовательного сопротивления из-за ухудшения внутренних контактов). Разработанная Simulink-модель может быть использована на этапе как проектирования, так и эксплуатации фотоэлектростанций.

1. Pandiarajan, N. Mathematical Modeling of Photovoltaic Module with Simulink / N. Pandiarajan, R. Muthu // ICEES. 2011. P. 314–319. https://doi.org/10.1109/icees.2011.5725339.

2. Tsai, H-L. Development of Generalized Photovoltaic Model Using MatLab/Simulink / H-L Tsai, C-S Tu, Su Y-J // WCECS. San-Francisco, 2008. P. 978–984.

3. MatLab/Simulink Based Modelling of Solar Photovoltaic Cell / T. Salmi [et al.] // International Journal of Renewable Energy Research. 2012. Vol. 2, No 2. P. 213–218.

4. Photovoltaic Module Modeling Using Simulink/MatLab / Krismadinata [et al.] // Procedia Environmental Sciences. 2013. No 17. P. 537–546. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2013.02.069.

5. Sheik, S. M. Modeling and Simulation of Photovoltaic Module Using MatLab/Simulink / S. M. Sheik // International Journal of Chemical and Environmental Engineering. 2011. Vol. 2, No 5. P. 350–355.

6. Nema, S. MatLab/Simulink Based Study of Photovoltaic Cells / Modules / Array and their Experimental Verification / S. Nema, R. K. Nema, A. Gayatri // International Journal of Energy and Environment. 2010. Vol. 1, No 3. P. 487–500.

7. Patel, J. Modeling and Simulation of Solar Photovoltaic Module Using MatLab/Simulink / J. Patel, S. Gaurag // IJRET: International Journal of Research in Engineering and Technology. 2013. Vol. 2, No 3. P. 225–228. https://doi.org/10.15623/ijret.2013.0203003.

8. Habbati, B. A Detailed Modeling of Photovoltaic Module Using MatLab / B. Habbati, Y. Ramdani, F. Moulay // NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics. 2014. No 3. P. 53–61. https://doi.org/10.1016/j.nrjag.2014.04.001.

9. Abdulkadir, M. Modeling and Simulation Based Approach of Photovoltaic System in Simulink Model / M. Abdulkadir, A. S. Samosir, A. H. M. Yatim // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2012. Vol. 7, No 5. P. 616–623. https://doi.org/10.1109/pecon.2012.6450231.

10. Козюков, Д. А. Моделирование характеристик фотоэлектрических модулей в MatLab/Simulink / Д. А. Козюков, Б. К. Цыганков // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015. Т. 8, № 112. С. 1577–1593.

11. Левшов, А. В. О математическом моделировании фотоэлектрических модулей / А. В. Левшов, А. Ю. Федоров // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Електротехніка і енергетика. 2013. Т. 14, № 1. С. 153–158.

12. A MatLab-Simulink-Based PV Module Model and its Application under Conditions of Nonuniform Irradiance / Kun Ding [et al.] // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2012. Vol. 27, No 4. P. 864–872. https://doi.org/10.1109/tec.2012.2216529.

13. A MatLab/Simulink-Based Photovoltaic Array Model Employing SimPowerSystems Toolbox / S. Said [et al.] // Journal of Energy and Power Engineering. 2012. Vol. 6. P. 1965–1975.

14. Foster, R. Solar Energy: Renewable Energy and the Environment / R. Foster, M. Ghassemi, A. Cota // CRC Press Taylor & Francis Group. Boca Raton, 2010. 382 p. https://doi.org/10.1201/9781420075670.