工程師：基于模糊控制的光伏電池MPPT的設(shè)計(jì)

隨著全球能源緊張問題的日益嚴(yán)重，再生能源正得到越來越廣泛的應(yīng)用。近年來，光伏能源以其具有無污染，可長(zhǎng)期使用等優(yōu)點(diǎn)，得到了很大的發(fā)展。一般光伏系統(tǒng)都希望光伏電池陣列在同樣日照、溫度的條件下輸出盡可能多的電能，即在理論上和實(shí)踐上提出了光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤(Maximum Power。Point Tracking，MPPT)問題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中由于陣列的功率等級(jí)一般較大，因此MPPT問題顯得尤為重要。故利用智能控制方法上的智能性、自適應(yīng)性來對(duì)非線性的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制，無疑是一個(gè)很好的選擇。

光伏電池的最大功率點(diǎn)

從圖1中可以看出，在一定的光照強(qiáng)度與溫度下，光伏電池輸出曲線上都可以找到一個(gè)最大的功率輸出點(diǎn)Pm，如果可以使光伏電池時(shí)工作在最大功率點(diǎn)，就可以極大地提升光伏電池的效率，故應(yīng)尋找其最大功率點(diǎn)，即尋優(yōu)。

MPPT控制的原理與設(shè)計(jì)

MPPT控制的原理實(shí)質(zhì)上是一個(gè)動(dòng)態(tài)自尋優(yōu)過程，通過對(duì)光伏電池當(dāng)前輸出電壓與電流的檢測(cè)，得到當(dāng)前電池輸出功率，將其與前一時(shí)刻功率相比較，然后根據(jù)功率與占空比的關(guān)系，改變占空比，使其向最大功率點(diǎn)不斷靠近，如此反復(fù)，直至達(dá)到最大點(diǎn)附近的一個(gè)極小區(qū)域內(nèi)。當(dāng)外界光照強(qiáng)度與溫度發(fā)生明顯改變時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行再次尋優(yōu)。

從圖2可知，改變脈寬調(diào)制信號(hào)(Pulse Width Modulation，PWM)的占空比D，實(shí)質(zhì)上是改變了光伏電池的負(fù)載。也即使光伏電池的輸出功率點(diǎn)發(fā)生改變，從而達(dá)到尋找最大功率點(diǎn)的目的。

光伏電池的負(fù)載RL與負(fù)載R和占空比D的關(guān)系式為：

RL=R/D

MPPT控制器通過調(diào)整PWwM信號(hào)的占空比D，來改變光伏電池的負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配的功能。因而，占空比D的大小決定了光伏電池輸出功率P的大小，一般光伏逆變器的P-D關(guān)系如圖3所示。

國(guó)內(nèi)外的一些光伏發(fā)電系統(tǒng)對(duì)光伏電池的最大功率跟蹤控制，一般提出過多種方法，如定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀察法、功率回授法和增量電導(dǎo)法等，這些算法的不足在于：未說清從一個(gè)最大功率點(diǎn)怎樣跟蹤到下一個(gè)最大功率點(diǎn)；計(jì)算量很大，實(shí)現(xiàn)較困難；控制精度差，受外在影響大。本文提出的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，可彌補(bǔ)以上不足之處。模糊控制器設(shè)計(jì)

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中，使用模糊邏輯對(duì)系統(tǒng)的輸入和輸出進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以得出一系列控制規(guī)則，可以由微機(jī)十分簡(jiǎn)明地實(shí)現(xiàn)。

確定模糊控制器的結(jié)構(gòu)

MPPT控制設(shè)計(jì)，其關(guān)鍵是模糊控制器的設(shè)計(jì)。選用雙輸入單輸出模糊控制器，如圖4所示。

模糊控制器的第n時(shí)刻輸入量，為第n時(shí)刻的功率變化量△P(n)和功率變化率；第n時(shí)刻的輸出量為第n+1時(shí)刻的占空比改變量△D(n+1)，大小在[0，1]間變化。其中功率變化量△P(n)=P(n)-P(n-1)，功率變化率用△P(n)/△D(n)代替計(jì)算。

確定輸入、輸出量模糊子集及論域