基于滑?？刂频墓夥姵仃嚵蠱PPT系統(tǒng)仿真研究

1、第十一屆中國(guó)光伏大會(huì)暨展覽會(huì)會(huì)議論文集基于滑?？刂频墓夥姵仃嚵邢到y(tǒng)仿真研究史君海王姻盧瀛（中環(huán)光伏系統(tǒng)有限公司，南京）摘要針對(duì)光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤問題，提出采用滑?？刂萍夹g(shù)設(shè)計(jì)控制器，使得光伏發(fā)電功率最大。首先介紹滑?？刂萍夹g(shù)，給出控制器設(shè)計(jì)方法。然后以離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)作為研究對(duì)象，建立數(shù)學(xué)模型，給出滑?？刂破?。最后采用計(jì)算機(jī)仿真方法對(duì)光伏控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，分析在太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、工作溫度階躍擾動(dòng)下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。研究結(jié)果表明：光佚陣列控制器具有良好動(dòng)態(tài)性能和魯棒性能，滑模控制是一種有效的先伏陣列控制方法，具有一定應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞；光伏發(fā)電；滑?？刂疲?，），（），；低光伏發(fā)電成本，計(jì)算機(jī)

2、仿真技術(shù)是有效手段。引言太陽(yáng)能光伏發(fā)電利用光伏電池半導(dǎo)體材料光光伏電池發(fā)電功率受到太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度、工作溫度和最大功率點(diǎn)跟蹤控制等方面制約，有效的最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)可以在太陽(yáng)光輻射強(qiáng)度、工作溫度擾動(dòng)條件下，使得光伏系統(tǒng)發(fā)電功率最大?；？刂萍夹g(shù)具有良好的魯棒性和動(dòng)態(tài)控制性能，在電力電子控制系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用“。為了提高光伏系統(tǒng)發(fā)電量，本文采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，研究使用滑模極點(diǎn)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)伏效應(yīng)，將太陽(yáng)輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能。目前，太陽(yáng)能光伏發(fā)電在德國(guó)、西班牙、日本等國(guó)家得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，中國(guó)近日頒布太陽(yáng)能發(fā)電財(cái)政補(bǔ)貼政策，以政策引導(dǎo)、市場(chǎng)推動(dòng)方式快速啟動(dòng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。為了推動(dòng)光伏發(fā)電應(yīng)用研究、

3、快速降收稿日期：作者簡(jiǎn)介：史君海（一），男，吉林人，工程師，工學(xué)博士，從事光伏發(fā)電系統(tǒng)與逆變器的設(shè)計(jì)與控制研究工作。第五部分光伏系統(tǒng)、平衡部件及并網(wǎng)工程光伏電池陣列最大功率點(diǎn)跟蹤?；O點(diǎn)控制技術(shù)滑模變結(jié)構(gòu)控制的主要思想是利用高速的開關(guān)控制律，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的狀態(tài)軌跡在有限時(shí)間內(nèi)漸近地到達(dá)一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的狀態(tài)空間曲面（稱作滑動(dòng)面）上，在以后的時(shí)間里狀態(tài)軌跡將保持在該滑動(dòng)面上，系統(tǒng)處于滑模運(yùn)動(dòng)?；？刂破髟O(shè)計(jì)可分為二步：第一步，設(shè)計(jì)滑動(dòng)面，即切換超平面，并使設(shè)計(jì)的滑動(dòng)面能夠保證系統(tǒng)在滑動(dòng)面上是穩(wěn)定的；第二步，設(shè)計(jì)控制律，以保證系統(tǒng)能在有限時(shí)間內(nèi)到達(dá)滑動(dòng)面并保持在該滑動(dòng)面上。本文重點(diǎn)討論滑模極點(diǎn)跟蹤控

4、制器設(shè)計(jì)方法。極點(diǎn)根蹤問題表述為對(duì)給定非線性系統(tǒng)，（），“（）（）它的性能評(píng)價(jià)函數(shù)表示為：（）（）（）求取控制律使得系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)函數(shù)取得最大值（或是最小值）。為了設(shè)計(jì)滑模極點(diǎn)根蹤控制律，對(duì)非線性系統(tǒng)做出下列假設(shè)：假設(shè)：對(duì)于該系統(tǒng)，存在具有可變參數(shù)目的控制律能夠鎮(zhèn)定系統(tǒng)，表示為：“（）（），幻（）并且控制律是參數(shù)日的光滑函數(shù)。假設(shè)：對(duì)于給定的參數(shù)系統(tǒng)存在唯一的平衡點(diǎn)，表示為：（，）（，）肛（），幻一（）髓。（口）假設(shè)：如果從平衡點(diǎn)到系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)函數(shù)的靜態(tài)映射表示為：。一。（口）一（日）（）設(shè)該函數(shù)是參數(shù)的平滑函數(shù)，平且存在唯一最大值或最小值點(diǎn)。在上述假設(shè)基礎(chǔ)上，給出非線性系統(tǒng)的滑模極值點(diǎn)控制器

5、。設(shè)非線性系統(tǒng)的滑動(dòng)面為：（）（）一（）（）式中：（）是增函數(shù)，它的導(dǎo)數(shù)為：蚴（）參數(shù)口的導(dǎo)數(shù)滿足：害一魄積洲口）（）如果選取的參數(shù)口，當(dāng)（）時(shí)，有（一）口（）（）口和同時(shí)成立，或者當(dāng)（），有（）（）和一（）同時(shí)成立，那么由式（）和式（）構(gòu)成的確定的參數(shù)使得非線性系統(tǒng)在控制律式（）作用下，它的性能評(píng)價(jià)函數(shù)取得極值?？刂葡到y(tǒng)的組成見圖。圖滑模極點(diǎn)控制器結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型在離網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中，為了盡可能的獲得更多的光伏電能，混合發(fā)電系統(tǒng)要求光伏電池工作在最大功率點(diǎn)上。這時(shí)產(chǎn)生的電能直接供給負(fù)載使用，富裕的電能輸入到儲(chǔ)能裝置供以后使用。光伏電池陣列經(jīng)過直流變換器降壓后傳輸?shù)桨l(fā)電系統(tǒng)直流總線上；光伏陣

6、列可以等效為受控直流電源，它的輸出伏安特性由工作溫度和接收光照強(qiáng)度決定；如果導(dǎo)線電阻表示為，總線電壓表示為，光伏陣列、直流變換器和混合發(fā)電系統(tǒng)電流總線的電氣關(guān)系可以由等效電路圖表示。圖光伏陣列系統(tǒng)等效電路第十一屆中國(guó)光伏大會(huì)暨展覽會(huì)會(huì)議論文集進(jìn)一步得到光伏電池陣列系統(tǒng)模型如下：荻可一一一帆【虹一一煎光伏電池陣列輸出電流決定于光伏電池陣列輸出電壓、接收光照強(qiáng)度和光電池溫度，可以表示為：一廠（啪，）（）具體的數(shù)學(xué)模型是光伏電池的伏安特性模型，見文獻(xiàn)，。變換器輸出電壓。和電流總線電壓的電壓差，與等效導(dǎo)線電阻。，成反比，與變換器輸出電流成正比，變換器輸出電壓，表示為：，礎(chǔ)。（）在光伏電池發(fā)電過程中，光

7、伏電池的最大輸出功率隨著光照強(qiáng)度和電池溫度變化而變化唱。假定光照強(qiáng)度和電池溫度變化未知，在已經(jīng)設(shè)計(jì)的光伏電池工作點(diǎn)調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上，可以使用滑模極點(diǎn)控制技術(shù)設(shè)計(jì)控制器跟蹤光伏電池的最大功率點(diǎn)，盡可能的獲得更多的光伏電能。這里采用滑?？刂萍夹g(shù)設(shè)計(jì)了工作點(diǎn)鎮(zhèn)定控制器（變換器占空比）為：百一差（咐一，吖）（）憊（一功吖。，）式中：和為控制器設(shè)計(jì)參數(shù)。此時(shí)，光伏電池的最大功率點(diǎn)控制器的輸出控制變量就是工作點(diǎn)鎮(zhèn)定控制器的光伏電池輸出電壓參考值。根據(jù)滑模控制器的切換平面：（）一一獅一出（）得到對(duì)應(yīng)的控制律為：“嘶，。（）口）出（）仿真分析仿真光伏陣列最大點(diǎn)跟蹤控制器在工作溫度和光照強(qiáng)度階躍變化條件下，對(duì)最大

8、功率工作點(diǎn)跟蹤效果，驗(yàn)證控制器性能。仿真使用的參數(shù)如表。下面為仿真分析在光伏陣列的工作溫度表仿真參數(shù)表符號(hào)含義數(shù)值。光伏模塊峰值功率；光伏模塊并聯(lián)個(gè)數(shù)變換器電感×，導(dǎo)線等效電阻控制器參數(shù)控制器參數(shù)。光伏模塊串聯(lián)個(gè)數(shù)輸入電容直流總線電壓量控制器參數(shù)控制器參數(shù)口控制器參數(shù)和光照強(qiáng)度變化時(shí)，光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制器的性能。仿真結(jié)果如圖所示。其中圖（）中虛線是光照強(qiáng)度變化曲線，實(shí)線是光伏電池溫度變化曲線；圖（）虛線是光伏電池陣列理論薯毒占霉！二：專！式。芒；腫。廣一（）（）圖光伏陣列系統(tǒng)的仿真結(jié)果最大輸出功率曲線，實(shí)線是光伏電池陣列實(shí)際輸出功率曲線。圖給出光伏電池陣列工作點(diǎn)在相平面上的移

9、動(dòng)軌跡。圖顯示，無(wú)論是光照強(qiáng)度還是工作溫度變化，在設(shè)計(jì)的控制器作用下，經(jīng)過較短的時(shí)間調(diào)節(jié)，光伏陣列重新到達(dá)最大工作點(diǎn)上。另外也可以看到光照強(qiáng)度和作溫度變化造成最大工作點(diǎn)移動(dòng)，工作溫度變化造成的最大丁二作點(diǎn)移動(dòng)更大，這點(diǎn)可以從圖看出，所以控制器需要更長(zhǎng)的時(shí)間使得光伏陣列工作點(diǎn)達(dá)到最大工第五部分光伏系統(tǒng)、平衡部件及并網(wǎng)工程作點(diǎn)，這和圖（）顯示的調(diào)整過程是一致的?？紤]光伏陣列的工作溫度變化緩慢，實(shí)際使用中控制器能夠時(shí)刻跟蹤最大功率工作點(diǎn)，然有滿意的動(dòng)態(tài)性能。設(shè)計(jì)的光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制器滿足設(shè)計(jì)要求。（）圖光伏陣列控制系統(tǒng)相平面響應(yīng)曲線結(jié)論本文采用滑模極點(diǎn)控制技術(shù)設(shè)計(jì)了光伏陣列控制器，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果表明：光伏陣列控制器具有良好動(dòng)態(tài)性能和魯棒性能，滑模極點(diǎn)控制技術(shù)是一種有