模糊控制在光伏MPPT方面的應(yīng)用.ppt

模糊/PID控制在光伏發(fā)電MPPT方面的應(yīng)用,報告目錄,2007.01,一、MPP及MPPT介紹,二、常用的MPPT控制方法介紹,三、基于模糊控制的MPPT控制法,四、參考文獻(xiàn),光伏陣列輸出特性具有非線性特征，其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。在一定的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度下，光伏電池可以工作在不同的輸出電壓，但是只有在某一輸出電壓值時，光伏電池的輸出功率才能達(dá)到最大值，這時光伏電池的工作點(diǎn)就達(dá)到了輸出功率電壓曲線的最高點(diǎn)，稱之為最大功率點(diǎn)(maximumpowerpoint，MPP)。,一、MPP及MPPT介紹,實(shí)驗室光伏發(fā)電模擬系統(tǒng),光伏電池輸出特性隨光照的變化曲線,光伏電池輸出特性隨溫度的變化曲線,光照強(qiáng)度和溫度變化都會導(dǎo)致光伏電池的最大功率點(diǎn)移動,一、MPP及MPPT介紹,因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個重要的途徑就是實(shí)時調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn)，使之始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這一過程就稱之為最大功率點(diǎn)跟(maximumpowerpointtracking，MPPT)。,最大功率點(diǎn)跟蹤,一、MPP及MPPT介紹,二、常用的MPPT控制方法介紹,MPPT控制方法,電導(dǎo)增量法,恒電壓控制法,干擾觀測法,基本原理,首先在光伏電池工作的某一參考電壓下檢測出其輸出功率，然后在該電壓基礎(chǔ)之上加一個正向電壓擾動量，再次檢測光伏電池輸出功率。根據(jù)功率變化方向，改變輸出電壓，直到輸出功率穩(wěn)定在設(shè)定的一個很小范圍內(nèi)，即可認(rèn)為達(dá)到了最大功率點(diǎn)。,二、常用的MPPT控制方法介紹-干擾觀測法,干擾觀測法的特點(diǎn),該方法的優(yōu)點(diǎn)是控制算法比較簡單，對電量傳感器精度要求不高。其缺點(diǎn)為需要始終判斷對電壓加以干擾的系統(tǒng)是否工作在最大功率點(diǎn)處。因此即使是在穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)工作電壓也不能穩(wěn)定在一個特定值上，不可避免地會造成一定功率損失。若擾動步長較大，則系統(tǒng)能較快搜尋到最大功率點(diǎn)處，動態(tài)響應(yīng)較快，但會在最大功率點(diǎn)附近有較大波動，功率損失也較大；而若步長較小，相應(yīng)的在最大功率點(diǎn)附近的波動較小，但系統(tǒng)搜尋最大功率點(diǎn)幫需要較長時間，動態(tài)響應(yīng)較慢。跟蹤步長的設(shè)定難以兼顧跟蹤精度和響應(yīng)速度，并且有時會出現(xiàn)判斷錯誤現(xiàn)象。,二、常用的MPPT控制方法介紹-干擾觀測法,所以，干擾觀測法適用于外界環(huán)境較穩(wěn)定的中小功率系統(tǒng)，并在滿足一定的動態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)上，盡量減小擾動步長，增大控制周期，即以犧牲部分動態(tài)響應(yīng)速度來提升系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和抗擾動熊力。由于光伏系統(tǒng)為長期運(yùn)行系統(tǒng)，因此系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性更為重要，干擾觀測法在中小功率系統(tǒng)還是比較適用的。由于傳統(tǒng)干擾觀測法具有諸多缺陷，如穩(wěn)態(tài)精度不夠、光照劇烈變化出現(xiàn)誤判、步長和控制周期選取有沖突等，因此就出現(xiàn)了對其改進(jìn)的一些控制方法。,二、常用的MPPT控制方法介紹-干擾觀測法,然后進(jìn)行模糊決策，求得控制量的模糊集,先把采集到的信息模糊化,去模糊化得出輸出控制量，作用于被控對象，使被控過程達(dá)到預(yù)期的控制效果,模糊控制綜合了直覺經(jīng)驗，具有不依賴被控對象的精確數(shù)學(xué)模型、魯棒性強(qiáng)、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，適用于難以建立數(shù)學(xué)模型的對象，或?qū)Ω蓴_十分嚴(yán)重的系統(tǒng)進(jìn)行控制。,三、基于模糊控制的MPPT控制法,光伏系統(tǒng)是一個非線性系統(tǒng)，很難用精確的數(shù)學(xué)模型描述；因此將模糊控制用于光伏系統(tǒng)的MPPT控制是合適的。,模糊控制沒有積分環(huán)節(jié)，屬于有差控制，在最大功率點(diǎn)附近的振蕩仍然存在。為此，將傳統(tǒng)PID控制引入到模糊控制當(dāng)中，提出模糊/PID控制的雙模組合控制算法。,實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)快速性和精確性的統(tǒng)一,三、基于模糊控制的MPPT控制法,對于模糊MPPT控制的改進(jìn)方法,對于模糊MPPT控制的改進(jìn)方法,對于模糊MPPT控制的改進(jìn)方法原理框圖,模糊控制設(shè)計,三、基于模糊控制的MPPT控制法,確定輸入輸出量及模糊子集,基于干擾觀測法的原理，根據(jù)功率值的變化量和前一時刻的占空比調(diào)整步長，來決定本時刻的占空比調(diào)整步長。取光伏電池的輸出功率為目標(biāo)函數(shù)，控制量為用來控制開關(guān)管的PWM信號的占空比D。下圖為模糊控制原理框圖，模糊自尋優(yōu)控制器的第n時刻的輸入量為第n時刻的功率變化量E(n)和第（n-1）時刻的占空比步長值S(n-1)，第n時刻的輸出量為第n時刻的占空比步長值S(n)。Ke、Ka為量化因子，負(fù)責(zé)將功率變化量e(n)和占空比步長s(n)的實(shí)際值量化映射到模糊集合論域E(n)和S(n)。,三、基于模糊控制的MPPT控制法,將語言變量E，S分別定義為8個和6個模糊子集，其中S(n1)和S(n)變量子集和論域相同，統(tǒng)一將其命名為S。E=NB，NM，NS，NO，PO，PS，PM，PB，S=NB，NM，NS，PS，PM，PB，其中NB、NM、NS、NO、PO、PS、PM、PB分別表示負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，負(fù)0，正0，正小，正中，正大模糊概念。并將它們論域規(guī)定為14個和12個等級，即:E=6，5，4，3，2，1，0，+0，+1，+2，+3，+4，+5，+6；S=6，5，4，3，2，1，+1，+2，+3，+4，+5，+6。,三、基于模糊控制的MPPT控制法,確定輸入輸出量及模糊子集,隸屬度函數(shù)的確立,根據(jù)光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇三角形狀作為隸屬度函數(shù)的形狀，并且曲線距離原點(diǎn)越近，曲線越陡，表明其分辨率越高；距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，曲線越緩，表明其分辨率越低。功率差E和步長S的隸屬函數(shù)如圖（a）、（b）所示，其中（a）圖為功率差E的隸屬函數(shù)，（b）圖為步長S的隸屬函數(shù)。,三、基于模糊控制的MPPT控制法,隸屬度函數(shù)的確立,根據(jù)光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇三角形狀作為隸屬度函數(shù)的形狀，并且曲線距離原點(diǎn)越近，曲線越陡，表明其分辨率越高；距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，曲線越緩，表明其分辨率越低。功率差E和步長S的隸屬函數(shù)如圖（a）、（b）所示，其中（a）圖為功率差E的隸屬函數(shù)，（b）圖為步長S的隸屬函數(shù)。,三、基于模糊控制的MPPT控制法,根據(jù)光伏系統(tǒng)輸出功率P與占空比D之間的特性曲線分析，可以得到如下原則：1)若輸出功率增加，則繼續(xù)向原來步長調(diào)整方向，否則取相反的方向。2)離最大功率點(diǎn)較遠(yuǎn)處，采用較大步長以加快跟蹤速度，離最大功率點(diǎn)附近，采用較小的步長，減少搜索損失；3)當(dāng)溫度、光照強(qiáng)度等因素發(fā)生變化導(dǎo)致光伏系統(tǒng)功率發(fā)生較大變化時，系統(tǒng)能迅速作出反應(yīng)。根據(jù)上述原則，應(yīng)用IFE(n)andS(n1)thenS(n)模糊規(guī)則，最后得到模糊規(guī)則表，如表1所示。,模糊決策表制定,三、基于模糊控制的MPPT控制法,模糊決策表制定,三、基于模糊控制的MPPT控制法,三、基于模糊控制的MPPT控制法,通過模糊推理得到的通常是一個模糊集合或者隸屬函數(shù)，而實(shí)際控制中需要一個精確的控制量，將模糊推理得到的模糊輸出變換成精確輸出的過程就是解模糊過程，解模糊的方法有重心法、最大隸屬度法、平均法、加權(quán)平均法等，此處選用具有較高精度的重心法。,解模糊的確立,三、基于模糊控制的MPPT控制法,參考文獻(xiàn),1徐峰.基于模糊控制和功率預(yù)測的變步長擾動觀察法在光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制中的應(yīng)用J.計算機(jī)測量與控制.2014.22（2）：414-416.2黃克亞.模糊PID控制在光伏發(fā)電MPPT中的應(yīng)用J.計算機(jī)仿真，2013.30(3）：134-137.3楊金煥.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)M.電子工業(yè)出版社.2013年4月.4彭文麗，席自強(qiáng)，張佳.模糊控制在光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤中的應(yīng)用J.電工電氣.2013，pp：23-26.5Ahm