工程師：基于模糊控制的光伏電池MPPT的設計

隨著(zhù)全球能源緊張問(wèn)題的日益嚴重，再生能源正得到越來(lái)越廣泛的應用。近年來(lái)，光伏能源以其具有無(wú)污染，可長(cháng)期使用等優(yōu)點(diǎn)，得到了很大的發(fā)展。一般光伏系統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(wèn)題。光伏并網(wǎng)發(fā)電系統中由于陣列的功率等級一般較大，因此MPPT問(wèn)題顯得尤為重要。故利用智能控制方法上的智能性、自適應性來(lái)對非線(xiàn)性的太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統進(jìn)行控制，無(wú)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，在一定的光照強度與溫度下，光伏電池輸出曲線(xiàn)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，故應尋找其最大功率點(diǎn)，即尋優(yōu)。

MPPT控制的原理與設計

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

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

光伏電池的負載RL與負載R和占空比D的關(guān)系式為：

RL=R/D

MPPT控制器通過(guò)調整PWwM信號的占空比D，來(lái)改變光伏電池的負載，從而實(shí)現阻抗匹配的功能。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。

國內外的一些光伏發(fā)電系統對光伏電池的最大功率跟蹤控制，一般提出過(guò)多種方法，如定電壓跟蹤法、擾動(dòng)觀(guān)察法、功率回授法和增量電導法等，這些算法的不足在于：未說(shuō)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)；計算量很大，實(shí)現較困難；控制精度差，受外在影響大。本文提出的設計方案進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，可彌補以上不足之處。模糊控制器設計

在光伏并網(wǎng)發(fā)電系統中，使用模糊邏輯對系統的輸入和輸出進(jìn)行設計，可以得出一系列控制規則，可以由微機十分簡(jiǎn)明地實(shí)現。

確定模糊控制器的結構

MPPT控制設計，其關(guān)鍵是模糊控制器的設計。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)代替計算。

確定輸入、輸出量模糊子集及論域