【论文】模糊控制在光伏最大功率跟踪预测中的应用.pdfVIP

应用科学 模糊控制在光伏最大功率跟踪预测中的应用 陈亚峰 1,2 李云飞 朱定一 1,2 (1苏州大学计算机科学与技术学院 江苏苏州 215021；2．盈正豫顺 电子有限公司 江苏苏州 215128) 摘【 要】 针对光伏发电的非线性特性以及天气因素的不确定性对最大功率点的影响，提出了一种模糊控制发电最大功率跟踪预测模型的方案，结 合气象数据分析了影响预测精度的各项因素，利用模糊控制算法在处理不确定、模糊性数据方面的优势，建立了模糊控制的最大功率跟踪预测模型。仿真 结果表 明，预测模型有着较高的精度，较快速达到最大功率跟踪，并且表现出良好的控制性能。 f关键词】 光伏发电 最大功率点跟踪 模糊控制 预测模型 l引言 乘积值称为最大功率点Pm，Im和Vm分别称为最大功率点电流和电压。图 光伏发 电具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点，在未来供 2(b)为图2(a)所对应的功率 一电压曲线，只有输出电压为Vmax时，光伏 电系统中将 占有重要地位。光伏电池的输出特性受外界环境影响很大，主 电池的输出功率才能达到最大值Pmax。 要影响因素为 电池表面温度和 曰照强度。由于光伏 电池的转换效率低、价 格昂贵且初期投入大，因此采用最大功率点跟踪 (Maximum Power Point Tracking，MPPT)控制来提高光伏系统的效率成为必然[1]。 目前，最大功率点跟踪实现的方法有很多，如：固定电压法、扰动观察 法、功率回授法、直线近似法、实际测量法和增量电导法等等。其中，最常用 的是扰动观察法，此方法转换效率高，但在外界环境快速变化的情况下可 ． ／ 能会产生不 良判断的情形；另外此法中功率开关的占空比调节量为定值， 不能即时根据外界环境的变化作智能化调整，有功率损失和跟踪速度较慢 固 2太 阳能电池的输 出特性 的不足 [2]。 2．2最大功率点跟踪 本文在传统扰动观察法的基础上加入了模糊预测控制，根据模糊控制 MPPT就是通过不断测量太阳能电池输出电压及电流，计算出太阳能 适应性强、鲁棒性好且具有不依赖被控对象精确模型等特点，使之进一步 电池阵列的输 出功率，以及 比较它们之间的变化关系，决定当前工作点与 适合光伏发电系统的输出特征。同时，为了减少天气因素的不确定性对最 峰值点的位置关系，然后控制电流 (或电压)从当前工作点向峰值功率点移 大功率点的影响，系统加入了预测发电功能。根据检测到的外界环境数据 动，最后控制电流 (或电压)在峰值功率点附近一定范围内来回摆动[4—5]。 和历史发电数据建立模糊控制预测模型，用以加速模糊控制的速度，同时 在不同的温度和 日照强度下，当最大功率点发生漂移时，可通过调整 可以改善预测的不准确性。在模糊预测得到的MPP位置处再进行模糊控制 负载使光伏电池重新工作在最大功率点处。图3为一般光伏发电系统的结 的MPPT，即运用了双模糊控制，最终达到又快又准的MPPT。 构，MPPT控制器通过调整 PWM信号的占空比D来调节输入和输 出，从而达 2光伏系统 到阻抗匹配。 2．1光伏 电池的电气特性 光伏 电池，基本上为一PN截面二极体，在上、下两面皆有引出电极网， 有接触电阻产生；又因电极与接面间存在漏电流，因此具有非线性特性，可 视为一电流源。如图l所示为光伏电池等效电路模型 [3]。 — l 盯控制器 图3一般光伏发电系统结构 3发电预测