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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。 1 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)。 2 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。 3 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。 3．1 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*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。 3．2 確定輸入、輸出量模糊子集及論域 △P(n)的模糊集為E,△P(n)/△D(n)的模糊集為EC,△D(n)的模糊集為U。 將語(yǔ)言變量E和U,定義為7個(gè)模糊子集,EC定義為6個(gè)模糊子集,即： 其中：NB,NM,NS,NO,ZO,PO,PS,PM,PB分別表示負大,負中,負小,負零,零,正零正小,正中,正大等模糊概念。將E,U的論域規定為15個(gè)等級,將EC的論域規定為12個(gè)等級,即： 3．3 確定隸屬函數 模糊子集的隸屬函數形狀較尖,反映模糊集合具有高分辨率特性較高的靈敏度。 故本文選擇三角形作為隸屬函數的形狀,E和EC的隸屬函數見(jiàn)圖5和圖6,U的隸屬函數如圖7所示。 3．4 確定模糊控制規則 根據功率值的變化量,來(lái)決定這一時(shí)刻的占空比改變量。通過(guò)對光伏電池輸出功率P與占空比D之間的特性曲線(xiàn)分析,并且考慮到外界環(huán)境因素(溫度、日照強度)對光伏電池輸出功率的影響得到以下原則： (1)若輸出功率增加,則繼續原來(lái)改變量調整方向,否則取相反方向； (2)離最大功率點(diǎn)較遠處,采用較大改變量以加快跟蹤速度；離最大功率點(diǎn)附近,采用較小改變量進(jìn)行搜索以減小搜索損失； (3)當達到以最大功率點(diǎn)為中心的極小的ZO區域時(shí),系統穩定下來(lái),直至外界環(huán)境再次發(fā)生明顯變化。 (4)當溫度、日照強度等因素發(fā)生變化導致光伏電池輸出功率發(fā)生明顯變化時(shí),系統能夠作出快速的反應,進(jìn)行再次尋優(yōu)。 遵循上述原則,并對實(shí)際仿真結果進(jìn)行調整得到最終控制規則表,如表1所示。 3．5 解模糊方法與仿真 模糊邏輯控制器仿真選擇Mamdani型控制器,解模糊方法為重心法,其計算式為： 式中：u(Ai)為第i個(gè)模糊輸出量的隸屬度；A為第i個(gè)模糊輸出量。 經(jīng)過(guò)試驗仿真,結果如圖8所示。經(jīng)過(guò)MPPT模糊控制占空比時(shí),它能夠迅速地跟蹤到最大功率點(diǎn)。由此可得,模糊控制能夠有效地克服光伏電池的非線(xiàn)性和時(shí)滯性,能夠快速地跟蹤到最大功率點(diǎn),并保持在此狀態(tài)。 4 結 語(yǔ) 仿真發(fā)現,將模糊邏輯控制應用于光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤不僅跟蹤迅速,而且反應靈敏,且通過(guò)模糊控制表可以實(shí)現離線(xiàn)設計,節省了微機的內部存儲空間,提高了工作速度。 |
