基于占空比模糊控制的光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT技術(shù)

作者：時間：2014-01-23 來源：網(wǎng)絡(luò)

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太陽能作為一種巨量的可再生能源，是近期急需的能源補充，又是未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，開發(fā)利用太陽能具有重大的戰(zhàn)略意義。所有光伏發(fā)電系統(tǒng)都希望太陽能光伏陣列在同樣日照、溫度的條件下盡可能大的輸出電能，因此在理論和實踐上提出了太陽能光伏陣列的最大功率點跟蹤(MPPT)問題。
目前實現(xiàn)MPPT的方法有恒定電壓(CVT)法，擾動觀察(PO)法及增量電導(dǎo)(INC)法等。文中研究光伏發(fā)電系統(tǒng)中的MPPT問題，基于模糊控制理論，即利用模糊集合的基本概念和連續(xù)隸屬度函數(shù)的理論，提出了占空比模糊控制干擾觀察法。通過MATLAB／Simulink建模仿真，實現(xiàn)在任意外界環(huán)境下最大功率點的跟蹤，并與非模糊控制的占空比干擾觀察法相比較，結(jié)果表明該方法在快速性和穩(wěn)定性方面取得了更好的效果。

1 光伏電池的數(shù)學(xué)建模
光伏電池模型通常要求僅采用廠家提供標(biāo)準(zhǔn)條件(光照強度Sref=1000W／m2，電池溫度Tref=25℃)下的光伏電池板測試參數(shù)Isc、Uoc、Im、Um，并且要在滿足工程精度的情況下盡可能地簡化模型。

式中，Isc為標(biāo)準(zhǔn)條件下光伏電池的短路電流；Uoc為標(biāo)準(zhǔn)條件下光伏電池的開路電壓；Im為標(biāo)準(zhǔn)條件下光伏電池的最大功率點電流；Um為標(biāo)準(zhǔn)條件下光伏電池的最大功率點電壓。因此，只要知道這4個參數(shù)，就可以得到在標(biāo)準(zhǔn)條件下的光伏電池I—V特性曲線。
假定光伏電池特性曲線基本形狀不變，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條件下的Isc、Uoc、Im、Um和任意的光照強度、環(huán)境溫度等參數(shù)，可以計算出任意外部環(huán)境下的Isc’、Uoc’、Im’和Um’，得到光伏電池模型：

2 占空比模糊控制實現(xiàn)MPPT
2．1 算法原理
基于占空比擾動觀察法原理，目標(biāo)量為：光伏陣列的輸出功率P；控制量為：Boost電路的占空比D。
根據(jù)功率值變化量△P(n)=P(n)-P(n-1)和n-1時刻的占空比調(diào)整步長△D(n-1)，決定當(dāng)前時刻的調(diào)整步長大小△D(n)。光伏發(fā)電系統(tǒng)的模糊控制原理圖如圖1所示。

圖1中，輸入△P(n)表示第n時刻與前一時刻輸出功率差的實際值，△p(n)表示△P(n)對應(yīng)于模糊集論域中的值；輸入△D(n-1)表示第n-1時刻占空比D調(diào)整步長的實際值，△d(n-1)表示△D(n-1)對應(yīng)于模糊集論域中的值。輸出△D(n)表示第n時刻占空比D調(diào)整步長的實際值，△d(n)表示△D(n)對應(yīng)于模糊集論域中的值；D(n-1)表示第n-1時刻占空比的實際值，D(n)表示第n時刻占空比的實際值．e-Ts為一個單位延遲環(huán)節(jié)，Ke、Ka分別表示功率差和調(diào)整步長的量化因子。
在每一次尋優(yōu)周期開始時，采樣當(dāng)前時刻的輸出功率值P(n)和前一時刻調(diào)整步長△D(n-1)，計算當(dāng)前時刻P(n)和前一時刻P(n-1)的差值△P(n)，并對△P(n)和△D(n-1)進行量化，得到模糊集論域中的變量△p(n)和△d(n-1)，將其作為模糊控制器的輸入，通過模糊推理得到當(dāng)前時刻的調(diào)整步長△d(n)，經(jīng)重心法反模糊化后，得到控制量占空比調(diào)整步長△D(n)的實際值，再與當(dāng)前時刻的占空比D(n-1)相加得到下一時刻的占空比D(n)，調(diào)整光伏陣列的輸出電壓和功率，然后就進入下一次的尋優(yōu)周期。不斷重復(fù)上述過程，直到輸出功率差△P(n)達到精度要求，即，到達了光伏系統(tǒng)的最大功率點。