Модель фотоэлектрического модуля для библиотеки SimPowerSystems пакета MatLab/Simulink

Актуальность исследований обусловлена увеличением количества фотоэлектростанций в Республике Беларусь и, соответственно, необходимостью решения задач диагностики фотоэлектрических модулей. Предложена новая Simulink-модель фотоэлектрического модуля, ориентированная на использование стандартной библиотеки элементов систем электроснабжения SimPowerSystems из программного пакета MatLab/Simulink. Модель позволяет изменять значения солнечного излучения для каждого фотоэлемента модуля, а также получать расчетные значения напряжений и токов на выходе фотоэлектрического модуля. С помощью модели можно выполнять имитацию затенения отдельных фотоэлементов модуля. Разработанная Simulink-модель функционирует на основе известной экспоненциальной зависимости, описывающей вольт-амперную характеристику фотоэлектрического модуля, и учитывает реальную схему модуля с обходными диодами. Последовательное сопротивление фотоэлектрического модуля рассчитывается на основе разности между его экспериментальными и теоретическими вольт-амперными характеристиками для условий, близких к нормальным. Simulink-модель модуля SF-P672300 содержит 72 нелинейных элемента, реализованных на основе управляемых источников тока и соединенных последовательно. В модели решены проблемы устойчивости алгоритма расчета алгебраических циклов за счет введения параметров ограничений по напряжениям и токам. Экспериментальные исследования для полностью освещенного и частично затененного модуля SF-P672300 показали, что максимальная относительная погрешность разработанной Simulink-модели не превышает 15 %. Приведены экспериментальные и теоретические вольт-амперные характеристики модуля SF-P672300 при полном освещении и частичном затенении. Предлагаемая Simulink-модель может быть использована на этапе как проектирования, так и эксплуатации фотоэлектростанций с целью имитации и анализа факторов, влияющих на их работу.

1. Pandiarajan, N. Mathematical Modeling of Photovoltaic Module with Simulink / N. Pandiarajan, R. Muthu // 1st International Conference on Electrical Energy Systems. 2011. P. 314–319. https://doi.org/10.1109/icees.2011.5725339

2. Krismadinata. Photovoltaic Module Modeling Using Simulink/MatLab / Krismadinata, Nasrudin Abd. Rahim, Hew Wooi Ping // Procedia Environmental Sciences. 2013. Vol. 17. P. 537–546. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2013.02.069

3. Mohammed S. S. Modeling and Simulation of Photovoltaic Module Using MATLAB/Simulink / S. S. Mohammed // International Journal of Chemical and Environmental Engineering. 2011. Vol. 2. No 5. P. 350–355.

4. Patel, J. Modeling and Simulation of Solar Photovoltaic Module Using MatLab/Simulink / J. Patel, G. Sharma // International Journal of Research in Engineering and Tech-nology. 2013. Vol. 2. No 3. P. 225–228. https://doi.org/10.15623/ijret.2013.0203003

5. 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.

6. Козюков, Д. А. Моделирование характеристик фотоэлектрических модулей в MatLab/Simulink / Д. А. Козюков, Б. К. Цыганков // Политематический сетевой электрон-ный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 112 (08). C. 1577–1593.

7. Ding, K. A MATLAB-Simulink-Based PV Module Model and Its Application Under Conditions of Nonuniform Irradiance / K. Ding, X. Bian [et. all] // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2012. Vol. 27. No 4. P. 864–872. https://doi.org/10.1109/tec.2012.2216529

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

9. Maki, A. Power Losses in Long String and Parallel-Connected Short Strings of Series-Connected Silicon-Based Photovoltaic Modules Due to Partial Shading Conditions / A. Maki, S. Valkealahti // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2012. Vol. 27. No 1. P. 173–183. https://doi.org/10.1109/tec.2011.2175928

10. Patel, H. MATLAB-Based Modeling to Study the Effects of Partial Shading on PV Array Characteristics / H. Patel, V. Agarwal // IEEE Transactions on Energy Conversion. 2008. Vol. 23. No 1. P. 302–310. https://doi.org/10.1109/tec.2007.914308

11. Alsayid, Basim A. Partial Shading of PV System Simulation with Experimental Results / Basim A. Alsayid, Samer Y. Alsadi [et. all] // Smart Grid and Renewable Energy. 2013. Vol. 4, N 6. P. 429–435.

12. Ishaque, K. Modeling and Simulation of Photovoltaic (PV) System During Partial Shading Based on a Two-Diode Model / K. Ishaque, Z. Salam, H. Taheri, Syafaruddin // Simulation Modelling Practice and Theory. 2011. Vol. 19, N 7. P. 1613–1626.

13. Зализный, Д. И. Модель фотоэлемента для библиотеки SimPowerSystems пакета MatLab/Simulink / Д. И. Зализный // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объ-единений СНГ. 2019. Т. 62, № 2. С. 135–145. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-135-145.

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

15. Зализный, Д. И. Адаптивная математическая модель тепловых процессов косинусного силового конденсатора / Д. И. Зализный, О. Г. Широков, Г. О. Широков, А. А. Капанский // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2016. Т. 59, № 4. С. 301–312. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2016-59-4-301-312.