模糊控制在光伏MPPT方面的應用.pptVIP

模糊/PID控制在光伏發(fā)電MPPT方面的應用,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,光伏陣列輸出特性具有非線性特征，其輸出受光照強度、環(huán)境溫度和負載情況影響。在一定的光照強度和環(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到最大值，這時光伏電池的工作點就達到了輸出功率電壓曲線的最高點，稱之為最大功率點(maximumpowerpoint，MPP)。,一、MPP及MPPT介紹,實驗室光伏發(fā)電模擬系統,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,光照強度和溫度變化都會導致光伏電池的最大功率點移動,一、MPP及MPPT介紹,因此，在光伏發(fā)電系統中，要提高系統的整體效率，一個重要的途徑就是實時調整光伏電池的工作點，使之始終工作在最大功率點附近，這一過程就稱之為最大功率點跟(maximumpowerpointtracking，MPPT)。,最大功率點跟蹤,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。根據功率變化方向，改變輸出電壓，直到輸出功率穩(wěn)定在設定的一個很小范圍內，即可認為達到了最大功率點。,二、常用的MPPT控制方法介紹-干擾觀測法,干擾觀測法的特點,該方法的優(yōu)點是控制算法比較簡單，對電量傳感器精度要求不高。其缺點為需要始終判斷對電壓加以干擾的系統是否工作在最大功率點處。因此即使是在穩(wěn)態(tài)時，系統工作電壓也不能穩(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，則系統能較快搜尋到最大功率點處，動態(tài)響應較快，但會在最大功率點附近有較大波動，功率損失也較大；而若步長較小，相應的在最大功率點附近的波動較小，但系統搜尋最大功率點幫需要較長時間，動態(tài)響應較慢。跟蹤步長的設定難以兼顧跟蹤精度和響應速度，并且有時會出現判斷錯誤現象。,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，并在滿足一定的動態(tài)響應的基礎上，盡量減小擾動步長，增大控制周期，即以犧牲部分動態(tài)響應速度來提升系統穩(wěn)態(tài)精度和抗擾動熊力。由于光伏系統為長期運行系統，因此系統穩(wěn)態(tài)特性更為重要，干擾觀測法在中小功率系統還是比較適用的。由于傳統干擾觀測法具有諸多缺陷，如穩(wěn)態(tài)精度不夠、光照劇烈變化出現誤判、步長和控制周期選取有沖突等，因此就出現了對其改進的一些控制方法。,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，使被控過程達到預期的控制效果,模糊控制綜合了直覺經驗，具有不依賴被控對象的精確數學模型、魯棒性強、響應速度快的特點，適用于難以建立數學模型的對象，或對干擾十分嚴重的系統進行控制。,三、基于模糊控制的MPPT控制法,光伏系統是一個非線性系統，很難用精確的數學模型描述；因此將模糊控制用于光伏系統的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，在最大功率點附近的振蕩仍然存在。為此，將傳統PID控制引入到模糊控制當中，提出模糊/PID控制的雙模組合控制算法。,實現控制系統快速性和精確性的統一,三、基于模糊控制的MPPT控制法,對于模糊MPPT控制的改進方法,對于模糊MPPT控制的改進方法,對于模糊MPPT控制的改進方法原理框圖,模糊控制設計,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，根據功率值的變化量和前一時刻的占空比調整步長，來決定本時刻的占空比調整步長。取光伏電池的輸出功率為目標函數，控制量為用來控制開關管的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，負責將功率變化量e(n)和占空比步長s(n)的實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分別表示負大，負中，負小，負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,隸屬度函數的確立,根據光伏系統的特點，選擇三角形狀作為隸屬度函數的形狀，并且曲線距離原點越近，曲線越陡，表明其分辨率越高；距離原點越遠，曲線越緩，表明其分辨率越低。功率差E和步長S的隸屬函數如圖（a）、（b）所示，其中（a）圖為功率差E的隸屬函數，（b）圖為步長S的隸屬函數。,三、基于模糊控制的MPPT控制法,隸屬度函數的確立,根據光伏系統的特點，選擇三角形狀作為隸屬度函數的形狀，并且曲線距離原點越近，曲線越陡，表明其分辨率越高；距離原點越遠，曲線越緩，表明其分辨率越低。功率差E和步長S的隸屬函數如圖（a）、（b）所示，其中（a）圖為功率差E的隸屬函數，（b）圖為步長S的隸屬函數。,三、基于模糊控制的MPPT控制法,根據光伏系統輸出功率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)向原來步長調整方向，否則取相反的方向。2)離最大功率點較遠處，采用較大步長以加快跟蹤速度，離最大功率點附近，采用較小的步長，減少搜索損失；3)當溫度、光照強度等因素發(fā)生變化導致光伏系統功率發(fā)生較大變化時，系統能迅速作出反應。根據上述原則，應用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，而實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,1徐峰.基于模糊控制和功率預測的變步長擾動觀察法在光伏發(fā)電系統MPPT控制中的應用J.計算機測量與控制.2014.22（2）：414-416.2黃克亞.模糊PID控制在光伏發(fā)電MPPT中的應用J.計算機仿真，2013.30(3）：134-137.3楊金煥.太陽能光伏發(fā)電應用技術M.電子工業(yè)出版社.2013年4月.4彭文麗，席自強，張佳.模糊控制在光伏發(fā)電最大功率點跟蹤中的應用J.電工電氣.2013，pp：23-26.5Ahm