基于太阳能和电池的混合动力能源建模与仿真

2016-01-13AsmaMeskani,何云廷

汽车文摘 2015年10期

由汽车引起的能源危机和环境污染日益突出，因此太阳能作为一种新型清洁能源引起了大量关注。采用一种新型的混合动力发电机的拓扑结构，基于光伏能量转换系统的直流耦合（DC-coupled）结构电池，将代替高柴油燃料消耗和高能源成本的燃料电池。在所提出的系统中，光伏电源提供主要电源，电池作为瞬态电源，后者可以吸收和提供峰值电压。

建立了由光伏电源和电池组成的混合动力能源系统的动态模型。如今，作为可再生能源的光伏发电发展越来越快。光伏发电的缺点是间歇性，很大程度上取决于天气状况。因此对于光伏发电系统，为了得到一个稳定、可靠的输出电源，同时提高整个发电系统的稳定性和动态特性，需要电池的辅助。光伏电池的作用是为负荷提供能量，电池的作用是在瞬态工况（如加速过程）提供额外的功率，在制动工况回收能量。

提出了光伏/电池并网混合发电系统详细的瞬态模型，并在Matlab/Simulink环境下对模型进行仿真。首先对光伏电池板和电池进行动态建模，太阳能电池的简化等效电路由一个二极管和一个电流源并联连接（图1）。电池模型为一个电压源和一个内部电阻的等效电路（图2）。

光伏电池组首先通过升压载波电路连接到公共直流总线，同时电池也通过双向直流变换器连接。直流总线与储能单元之间的能量交换，主要包括加载模式、卸载模式和恢复模式。

采用扰乱观察（P&O）MPPT算法确定光伏系统的最大功率点，最大功率点跟踪技术帮助光伏阵列生成电网的最大功率序列，电池可以通过充电和放电来平衡电网和光伏发电系统之间的能量平衡。不同情况下的模拟和结果验证了模型和控制方案的有效性。

仿真结果证明了控制器对负荷电阻变化的鲁棒性。所提出的拓扑结构有很多优点，通过使用电池，该结构可以提供和吸收峰值能量，也能够利用负荷为电池充电。同时，可以极大地减少电路中的谐波。