基于非对称控制光伏系统mppt探究

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1、基于非对称控制光伏系统MPPT探究　　摘要：讨论了光伏发电系统最大功率跟踪常用控制方法的优缺点，对光伏电池功率电压曲线进行了详细分析，把非对称模糊?PID控制应用到光伏发电MPPT控制中，非对称模糊控制能快速响应外界环境的变化，使光伏系统始终工作在最大功率点；同时加入PID控制可以有效消除系统在最大功率点附近的功率振荡现象。Matlab仿真结果表明，与传统方法相比，该方法在外部环境变化时能快速准确地跟踪伏电池的最大功率点，具有良好的动态和稳态性能。关键词：光伏发电系统；模糊PID控制；MPPT；Matlab中图分类号：TN911

2、?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2013）16?0149?03光伏发电具有无污染、无噪音等优点，越来越受到普遍关注。制约光伏发电系统发展的主要因素是能量转换效率和环境问题，所以提高光伏阵列的光电转换效率并使其输出功率最大化，即在理论和实践上提出了光伏阵列的最大功率点跟踪问题。由于传统方法的局限性，本文采用模糊控制方法的智能性、自适应性来对非线性光伏发电系统进行控制，无疑是一个很好的选择[1]。1太阳能电池阵列特性7太阳能电池是一种把光电转换成电能的产生装置，其输出的电压和电流会受温度、光照的影响。当太阳能电池接

3、上负载并受到太阳光照射时，会产生光生电流，并在其负载两端测出电压。其工作工作原理等效电路图如图1所示。当流过负载R0的电流为I0，可得负载两端电压为V0，由上述等效电路图可以得到如下的解析式：[I0=Ig-Idexp[qAKT（Vo+IoRs）]-1-Vo+IoRsRsh]（1）式中：Ig为光生电流（单位：A）；Id为二极管饱和电流（单位：A）；q为电荷电量（l×10-19C）；A为二极管因子；K为波尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）；T为开氏温度（单位：K）；Vo为电池的输出电压（单位：V）；Io为电池的输出电流（单位：

4、A）；Rs为等效串联电阻（单位：Ω）；Rsh为等效并联电阻（单位：Ω）。表1列出了SHARPNT?R5E3E型号的光伏电池模组的各项参数。表1SHARPNT?R5E3E的各项参数然后根据光伏电池等效电路图建立其仿真模型，调节电阻负载的大小进行采样，光伏电池的输出特性与光照强度和温度密切相关，在光照变化时，其I?V特性曲线和P?V特性曲线如图2所示[2]。如光伏电池开路电压与光谱辐射强度对数呈正比，当温度不变时，随着光照改变，其变化不明显，而短路电流和最大输出功率有明显变化。2基于非对称模糊PID控制原理7常用的最大功率跟踪控制算

5、法有恒电压跟踪算法（CVT）、干扰观察法（P&O）、增量电导法（IC）等。对于那些时变的、非线性的复杂系统，当无法获得精确的数学模型时，利用具有智能特性的模糊控制器能给出有效的控制[3?5]。通过光伏电池等效电路图，可以列出其输出功率公式如式（2）所示，然后对其输出功率求导，如式（3）所示。通过其式子可以知道该导数是一个单调函数。在零点时刻，[dPdV]值最大，并且其大小等于光伏电池的短路电流；然后慢慢增加输出电压值，[dPdV]缓慢下降，且在最大点附近该值下降速度加快，输出电压值一直增加，当增加到最大功率处时，[dPdV]在点

6、值等于零；随着输出电压V再进一步增大，[dPdV]值由正变负，绝对值快速上升远大于曲线在最大功率点左侧的值，特性曲线见图3。因此在最大功率点两侧应该采用不同的[Δd]，来实现光伏电池最大功率跟踪。[P=IgV-IdVexpqAKTV-1]（2）[dPdV=Ig-IdexpqAKTVexp1+qAKTV-Id]（3）因此根据光伏电池的特性将非对称模糊?PID控制应用到光伏电池的最大功率点跟踪，它在最大功率点两侧应该采用不同的[Δd]来实现跟踪，并可以减少MPP功率振荡。其控制系统结构如图4所示[6]。2.1非对称模糊控制器的设计2

7、.1.1控制器的模糊输入量和输出量7模糊控制器两个输入分别是误差e和误差变化ec，见公式（4）。输出为DC?DC电路中的[Δd]。[ex=ΔPphΔVph=Pphx-Pphx-1Vphx-Vphx-1ec=ex-ex-1]（4）2.1.2模糊控制器的量化和比例因子为了实现对系统的简单控制，分别对[e]和[ec]的实际值进行量化，即用比例因子把模糊控制器的输出转化为DC?DC电路中的[Δd]，然后映射到模糊集合论域Ep和Ed。Ep={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}Ed={NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}可得[

8、e]，[ec]的论域均为{-0.5，0.5}，[Δd]的论域为{-0.01，0.01}2.1.3模糊控制器的隶属度函数根据光伏电池的特点分析，本文[e]选用非对称的Membershipfunctions，输出采用梯形Membershipfunctions，如图5