基于模糊控制最大功率点跟踪技术光伏并网发电探究

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1、基于模糊控制最大功率点跟踪技术光伏并网发电探究　　【摘要】在两级式光伏并网发电系统中，前级Boost变换器实现最大功率点跟踪控制，后级逆变器实现并网控制。本文研究了一种基于模糊控制，具有在线参数调整的自适应占空比扰动法，在系统的前级中实现最大功率点跟踪。实验结果证明，该系统具有优良的动态和稳态性能，能够快速、准确地跟踪太阳能电池的最大功率点，实现无变压器并网发电。【关键词】光伏；Boost变换器；最大功率点跟踪；模糊控制1.引言在高速发展的社会经济条件下，人们对能源与资源的需求越来越大，目前人们已将目光转向可再生能

2、源的开发与利用。而光伏发电是一种得到公认的高技术含量、较长远的发展前途的新能源技术[1]。太阳能是取之不尽、用之不竭的，并且不会产生废弃物，是一种理想的清洁能源。然而，众所周知，光伏电池的输出特性具有明显的非线性特征，只能在某一特定的电压下才能输出最大功率，而这一电压受很多因素影响[2]。为此需要对最大功率点进行实时跟踪和控制，确保光伏电池组件输出最大功率，这是当前研究的热点。7目前最大功率点跟踪（MaximumPowerPointTracking，MPPT）工程上常采用：固定电压法、扰动观察法和增量电导法等[3]

3、。固定电压法控制相对简单，但其跟踪方式并未考虑温度对光伏电池开路电压的影响，造成大量能量的损失。而扰动观察法跟电导增量法转换效率相对高一点，是目前工程上应用较多的方法，只是在这两种方法中，MPPT电路功率开关器件的占空比调节裕量为定值：当较大时，跟踪最大功率的速度较快，但是在最大功率点附近容易出现较大的振荡，从而造成较多能量的损失；当较小时，最大功率点附近的振荡明显减弱，但是系统对外界的响应速度会减慢[4]。单级式光伏并网发电系统在同一逆变器环节中既要实现光伏最大功率点跟踪，又要完成逆变器并网所需的频率相位的调整，

4、和输出功率大小等控制策略的实现，从而导致控制量耦合，容易相互冲突，难以兼顾[5]。本文针对以上情况，设计了一套两级式光伏并网发电系统。该系统前级采用Boost变换器，并采用模糊控制器实现了MPPT，模糊控制器具有自适应性好，鲁棒性强的优点；在后级，用全桥电路作逆变器，采用适当的控制实现了并网电流的输出。这样各级变换电路的控制目标清楚明确，可减少相互影响。2.两级式光伏并网发电原理7采用的两级式光伏并网发电主电路及控制原理框图如图1所示。图1中，光伏器件输出送给Boost电路，该Boost电路主要是实现两个功能：其一

5、是实现最大功率点跟踪控制，通过调节电路功率管的占空比来实现光伏阵列与其所带外部负载阻抗之间的动态匹配，从而使光伏阵列始终工作在最大功率点附近；其二起到升压作用。将系统较低的光伏阵列的输出电压经Boost升压，以满足后级逆变器工作所需的电压要求，从而向电网输出功率。图1的控制部分，采样光伏组件的输出电压和输出电流，经过MPPT算法得出光伏电池电压给定，与采样调理后的输入电压经过PI调节器调节后与三角载波交截从而得到Boost开关管的PWM驱动信号。电路中采样Boost输出电压即全桥电路的输入电压跟给定电压经过PI调节

6、器调节后得出并入电网的电流幅值，再与锁相环电路信号相乘算出并网电流的给定信号，经过PI调节器调节后的反馈信号与三角载波交截，经双极性调制得到逆变桥的驱动信号。3.最大功率点跟踪的实现光伏并网发电系统中，最大功率点的控制用模糊控制器设计。据光伏电池特性推导出控制规则，用DSP可以方便地实现。3.1有关电池的输出功率Pout与占空比D的关系7将太阳能光伏电池光照特性写成数学表达式（1）所示：式中：—光照产生的电流；—内部二极管的反向饱和电流；、—光伏电池正常工作时的电流和电压；—内部二极管的特性因子；—波尔兹曼常量；—

7、电荷；—电池温度；、—光伏电池内部的串、并联电阻。由于并联内阻很大，串联内阻很小，这里假设对他们进行忽略处理。因此，光伏电池的输出电压如（2）所示：光伏电池的输出电流的表达式如（3）所示：3.2确定模糊控制器的结构MPPT控制设计，其关键是模糊控制器的设计。选用双输入单输出模糊控制器[6]，如图4所示。图4二维空间模糊控制器模糊控制器的第时刻输入量，为第时刻的功率变化量和功率变化率；第时刻的输出量为第时刻的占空比改变量，大小在[0，1]间变化。其中功率变化量，功率变化率用代替计算。3.3确定输入模糊子集、输出模糊子

8、集及他们的论域的模糊集为E，的模糊集为EC，的模糊集为U。将语言变量E和U定义为7个模糊子集，EC定义为6个模糊子集，即：3.4隶属函数的确定7模糊子集的隶属函数形状较尖，表明模糊集合具有较高的分辨率和灵敏度。故选择三角形作为隶属函数的形状E和EC的隶属函数见图5和3.5模糊控制规则由功率值的变化量及其对占空比的变化量来决定下一开关周期的占空比变化量。根据对