基于模糊控制的光伏發(fā)電MPPT的研究

王杰　孫昌旭　馬文飛　蔣博偉

【摘 要】根據(jù)光伏電池的特性分析，建立光伏發(fā)電系統(tǒng)。將模糊控制應(yīng)用到光伏發(fā)電MPPT中，能對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率進(jìn)行快速準(zhǔn)確的跟蹤。通過對(duì)模糊控制的光伏發(fā)電MPPT問題的研究，在Matlab/Simulink中建立基于模糊控制的光伏發(fā)電MPPT仿真模型，仿真結(jié)果表明，該模型的響應(yīng)速度和跟蹤精度都比較好。

【關(guān)鍵詞】光伏系統(tǒng)；模糊控制；MPPT

【Abstract】According to analyzing the characteristic of photovoltaic cells， photovoltaic power generation system is established.The fuzzy control can be applied to pv power generation MPPT， and the maximum power of photovoltaic power generation system can be tracked quickly and accurately. Through research on MPPT fuzzy control problems of photovoltaic power generation， the simulation model of photovoltaic power generation MPPT based on fuzzy control is established in Matlab/Simulink， the simulation results show that the model response speed and tracking accuracy are better.

【Key words】Photovoltaic （pv） system； Fuzzy control； The MPPT

0 引言

隨著環(huán)境和能源問題的日益突出，清潔能源太陽能越來越受重視。然而一些影響因素導(dǎo)致光伏發(fā)電輸出功率不穩(wěn)定，因此對(duì)光伏最大功率的跟蹤顯得重要。光伏最大功率跟蹤（MPPT）技術(shù)，即通過跟蹤輸出功率的最大點(diǎn)，來對(duì)實(shí)時(shí)的工作點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。目前常用的MPPT方法有：擾動(dòng)觀察法（P&O）、電導(dǎo)增量法、恒定電壓法、占空比擾動(dòng)法和最優(yōu)梯度法等。模糊控制作為一種模仿人類思維的控制技術(shù)，由于它具有抗干擾能力強(qiáng)，不依賴被控過程數(shù)學(xué)模型，魯棒性強(qiáng)，因此用于光伏MPPT控制十分合適。本文將介紹一種基于模糊控制的光伏發(fā)電MPPT方法。通過在Matlab/Simulink中建立基于模糊控制的光伏發(fā)電MPPT仿真模型，實(shí)驗(yàn)證明，該模型響應(yīng)速度較快，跟蹤精度較高。

1 光伏電池的原理及構(gòu)建

光伏發(fā)電的主要原理是半導(dǎo)體的光電效應(yīng)，由特定半導(dǎo)體構(gòu)成光伏電池在受到外界光照的情況下，吸收光能后內(nèi)部半導(dǎo)體P-N結(jié)構(gòu)中的載流子濃度和分布狀態(tài)發(fā)生改變?？昭◤腜極區(qū)向N極區(qū)移動(dòng)，電子從N極區(qū)向P極區(qū)移動(dòng)，形成電流，在連通外部負(fù)載后，就會(huì)輸出電能。根據(jù)太陽電池?cái)?shù)學(xué)模型可在Matlab/Simulink下建立光伏發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型。

2 模糊控制器

在Matlab軟件中的命令窗口輸入fuzzy按Enter鍵，會(huì)彈出一個(gè)FIS Editor窗口，在FIS Editor中新建一個(gè)Mamdani型控制器，然后依次輸入隸屬度函數(shù)與模糊規(guī)則。選擇的隸屬度函數(shù)圖形不同，會(huì)產(chǎn)生不同的控制效果，本系統(tǒng)的模糊控制器的隸屬函數(shù)圖形選擇三角形隸屬度函數(shù)圖形。模糊規(guī)則表所表達(dá)的信息是：IF E is x，and Ec is y，then U is z。根據(jù)特定的誤差和誤差變化的情況下對(duì)輸出值進(jìn)行調(diào)整。這種根據(jù)規(guī)則表來進(jìn)行判斷的模糊邏輯方法就是查表法。根據(jù)不同的控制量的模糊值，可以對(duì)不同系統(tǒng)制定特定模糊規(guī)則表。一般不會(huì)建立一個(gè)系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，而是將文中所描述的控制策略通過模糊化的方式，轉(zhuǎn)化成對(duì)模糊值的精確控制。由模糊規(guī)則生成對(duì)應(yīng)輸出量的模糊值，通過解模糊后可以獲得精確的控制量。在模糊控制編輯器中，模糊決策選擇成熟的Mamdani推理算法，“Or method”方法設(shè)置為max，“And method”方法設(shè)置為min，“Implication”設(shè)置為min，“Aggregation”方法設(shè)置為max，解模糊方法設(shè)置具有較高精度的重心法Centroid。完成之后會(huì)生成一個(gè).fis文件，然后在Fuzzy Logic Controller中將.fis文件導(dǎo)入工作空間。

3 基于模糊控制的MPPT仿真結(jié)果分析

根據(jù)上面的分析理解，在Matlab/Simulink中建立如圖1所示的仿真模型。

設(shè)置仿真參數(shù)：仿真時(shí)間5s，系統(tǒng)初始工作條件是光照強(qiáng)度，溫度是15℃，并使系統(tǒng)在2.5s時(shí)溫度由15℃變化到30℃，仿真結(jié)果如圖2（a）所示；系統(tǒng)溫度保持30℃不變，在2.5s時(shí)光照強(qiáng)度由變到，仿真結(jié)果如圖2（b）所示。

4 結(jié)論

本文介紹了光伏發(fā)電的一些原理，討論了模糊控制的控制規(guī)則，并建立基于模糊控制的光伏發(fā)電MPPT的仿真模型，仿真結(jié)果表明采用該方法能夠找到光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)，當(dāng)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)，該系統(tǒng)能快速響應(yīng)，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)態(tài)性與動(dòng)態(tài)性。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]endprint