基于模糊控制的光伏电池MPPT的设计
基于模糊控制的光伏电池mppt的设计
随着全球能源紧张问题的日益严重，再生能源正得到越来越广泛的应用。近年来，光伏能源以其具有无污染，可长期使用等优点，得到了很大的发展。一般光伏系统都希望光伏电池阵列在同样日照、温度的条件下输出尽可能多的电能，即在理论上和实践上提出了光伏电池阵列的最大功率点跟踪(maximum power。point tracking，mppt)问题。光伏并网发电系统中由于阵列的功率等级一般较大，因此mppt问题显得尤为重要。故利用智能控制方法上的智能性、自适应性来对非线性的太阳能光伏发电系统进行控制，无疑是一个很好的选择。
1 光伏电池的最大功率点
从图l中可以看出，在一定的光照强度与温度下，光伏电池输出曲线上都可以找到一个最大的功率输出点pm，如果可以使光伏电池时工作在最大功率点，就可以极大地提升光伏电池的效率，故应寻找其最大功率点，即寻优。
2 mppt控制的原理与设计
mppt控制的原理实质上是一个动态自寻优过程，通过对光伏电池当前输出电压与电流的检测，得到当前电池输出功率，将其与前一时刻功率相比较，然后根据功率与占空比的关系，改变占空比，使其向最大功率点不断靠近，如此反复，直至达到最大点附近的一个极小区域内。当外界光照强度与温度发生明显改变时，系统会进行再次寻优。
从图2可知，改变脉宽调制信号(pulse width modulation，pwm)的占空比d，实质上是改变了光伏电池的负载。也即使光伏电池的输出功率点发生改变，从而达到寻找最大功率点的目的。
光伏电池的负载rl与负载r和占空比d的关系式为：
rl=r／d
mppt控制器通过调整pwwm信号的占空比d，来改变光伏电池的负载，从而实现阻抗匹配的功能。因而，占空比d的大小决定了光伏电池输出功率p的大小，一般光伏逆变器的p-d关系如图3所示。
国内外的一些光伏发电系统对光伏电池的最大功率跟踪控制，一般提出过多种方法，如定电压跟踪法、扰动观察法、功率回授法和增量电导法等，这些算法的不足在于：未说清从一个最大功率点怎样跟踪到下一个最大功率点；计算量很大，实现较困难；控制精度差，受外在影响大。本文提出的设计方案进行最大功率点跟踪，可弥补以上不足之处。
3 模糊控制器设计
在光伏并网发电系统中，使用模糊逻辑对系统的输入和输出进行设计，可以得出一系列控制规则，可以由微机十分简明地实现。
3．1 确定模糊控制器的结构
mppt控制设计，其关键是模糊控制器的设计。选用双输入单输出模糊控制器，如图4所示。
模糊控制器的第n时刻输入量，为第n时刻的功率变化量△p(n)和功率变化率；第n时刻的输出量为第n+1时刻的占空比改变量△d(n+1)，大小在[0，1]间变化。其中功率变化量△p(n)=p(n)-p(n-1)，功率变化率用△p(n)／△d(n)代替计算。
3．2 确定输入、输出量模糊子集及论域
△p(n)的模糊集为e，△p(n)／△d(n)的模糊集为ec，△d(n)的模糊集为u。
将语言变量e和u，定义为7个模糊子集，ec定义为6个模糊子集，即：
其中：nb，nm，ns，no，zo，po，ps，pm，pb分别表示负大，负中，负小，负零，零，正零正小，正中，正大等模糊概念。将e，u的论域规定为15个等级，将ec的论域规定为12个等级，即：
3．3 确定隶属函数
模糊子集的隶属函数形状较尖，反映模糊集合具有高分辨率特性较高的灵敏度。
故本文选择三角形作为隶属函数的形状，e和ec的隶属函数见图5和图6，u的隶属函数如图7所示。
3．4 确定模糊控制规则
根据功率值的变化量，来决定这一时刻的占空比改变量。通过对光伏电池输出功率p与占空比d之间的特性曲线分析，并且考虑到外界环境因素(温度、日照强度)对光伏电池输出功率的影响得到以下原则：
(1)若输出功率增加，则继续原来改变量调整方向，否则取相反方向；
(2)离最大功率点较远处，采用较大改变量以加快跟踪速度；离最大功率点附近，采用较小改变量进行搜索以减小搜索损失；
(3)当达到以最大功率点为中心的极小的zo区域时，系统稳定下来，直至外界环境再次发生明显变化。
(4)当温度、日照强度等因素发生变化导致光伏电池输出功率发生明显变化时，系统能够作出快速的反应，进行再次寻优。
遵循上述原则，并对实际仿真结果进行调整得到最终控制规则表，如表1所示。
3．5 解模糊方法与仿真
模糊逻辑控制器仿真选择mamdani型控制器，解模糊方法为重心法，其计算式为：
式中：u(ai)为第i个模糊输出量的隶属度；a为第i个模糊输出量。
经过试验仿真，结果如图8所示。经过mppt模糊控制占空比时，它能够迅速地跟踪到最大功率点。由此可得，模糊控制能够有效地克服光伏电池的非线性和时滞性，能够快速地跟踪到最大功率点，并保持在此状态。
4 结 语
仿真发现，将模糊逻辑控制应用于光伏电池最大功率点的跟踪不仅跟踪迅速，而且反应灵敏，且通过模糊控制表可以实现离线设计，节省了微机的内部存储空间，提高了工作速度。
虹科Panorama SCADA平台在风电场测量的应用
基于51单片机MQ135的AI2蓝牙空气质量监测系统设计
鸿海以小博大，500万台电视搅动两亿的军团
微针与微流控芯片的结合应用
什么是飞跨电容器？电池管理系统中的飞跨电容器介绍
基于模糊控制的光伏电池MPPT的设计
织物胀破测试仪相关技术参数的详细说明
能源互联网在中国究竟发展的怎么样了
即刻金服 | OPPO Reno 爆料汇总：十倍变焦三摄+大电池+骁龙855
凌力尔特推出100V、高压侧电流检测DC/DC控制器LT3796
小米智能手环被别人绑定了怎么办_小米手环怎么解除绑定
小米8透明探索版评测 未来旗舰机的主流
能耗在线监测系统在江阴港口集团办公楼中的应用
GripSeal格雷希尔快速连接器G80系的内螺纹密封方案
cad堆栈溢出的原因及解决方式
PC市场日渐萎靡,联想的重点是如何发展新业务
高通骁龙835和821有什么区别？骁龙835有哪些升级
NanoPC-T4试用体验一：Nano PC T4 开箱上电
芯片内部为何走电流不会短路和断路？
格芯退出7nm军备竞赛，台积电独霸市场大获全胜
随着全球能源紧张问题的日益严重，再生能源正得到越来越广泛的应用。近年来，光伏能源以其具有无污染，可长期使用等优点，得到了很大的发展。一般光伏系统都希望光伏电池阵列在同样日照、温度的条件下输出尽可能多的电能，即在理论上和实践上提出了光伏电池阵列的最大功率点跟踪(maximum power。point tracking，mppt)问题。光伏并网发电系统中由于阵列的功率等级一般较大，因此mppt问题显得尤为重要。故利用智能控制方法上的智能性、自适应性来对非线性的太阳能光伏发电系统进行控制，无疑是一个很好的选择。
1 光伏电池的最大功率点
从图l中可以看出，在一定的光照强度与温度下，光伏电池输出曲线上都可以找到一个最大的功率输出点pm，如果可以使光伏电池时工作在最大功率点，就可以极大地提升光伏电池的效率，故应寻找其最大功率点，即寻优。
2 mppt控制的原理与设计
mppt控制的原理实质上是一个动态自寻优过程，通过对光伏电池当前输出电压与电流的检测，得到当前电池输出功率，将其与前一时刻功率相比较，然后根据功率与占空比的关系，改变占空比，使其向最大功率点不断靠近，如此反复，直至达到最大点附近的一个极小区域内。当外界光照强度与温度发生明显改变时，系统会进行再次寻优。
从图2可知，改变脉宽调制信号(pulse width modulation，pwm)的占空比d，实质上是改变了光伏电池的负载。也即使光伏电池的输出功率点发生改变，从而达到寻找最大功率点的目的。
光伏电池的负载rl与负载r和占空比d的关系式为：
rl=r／d
mppt控制器通过调整pwwm信号的占空比d，来改变光伏电池的负载，从而实现阻抗匹配的功能。因而，占空比d的大小决定了光伏电池输出功率p的大小，一般光伏逆变器的p-d关系如图3所示。
国内外的一些光伏发电系统对光伏电池的最大功率跟踪控制，一般提出过多种方法，如定电压跟踪法、扰动观察法、功率回授法和增量电导法等，这些算法的不足在于：未说清从一个最大功率点怎样跟踪到下一个最大功率点；计算量很大，实现较困难；控制精度差，受外在影响大。本文提出的设计方案进行最大功率点跟踪，可弥补以上不足之处。
3 模糊控制器设计
在光伏并网发电系统中，使用模糊逻辑对系统的输入和输出进行设计，可以得出一系列控制规则，可以由微机十分简明地实现。
3．1 确定模糊控制器的结构
mppt控制设计，其关键是模糊控制器的设计。选用双输入单输出模糊控制器，如图4所示。
模糊控制器的第n时刻输入量，为第n时刻的功率变化量△p(n)和功率变化率；第n时刻的输出量为第n+1时刻的占空比改变量△d(n+1)，大小在[0，1]间变化。其中功率变化量△p(n)=p(n)-p(n-1)，功率变化率用△p(n)／△d(n)代替计算。
3．2 确定输入、输出量模糊子集及论域
△p(n)的模糊集为e，△p(n)／△d(n)的模糊集为ec，△d(n)的模糊集为u。
将语言变量e和u，定义为7个模糊子集，ec定义为6个模糊子集，即：
其中：nb，nm，ns，no，zo，po，ps，pm，pb分别表示负大，负中，负小，负零，零，正零正小，正中，正大等模糊概念。将e，u的论域规定为15个等级，将ec的论域规定为12个等级，即：
3．3 确定隶属函数
模糊子集的隶属函数形状较尖，反映模糊集合具有高分辨率特性较高的灵敏度。
故本文选择三角形作为隶属函数的形状，e和ec的隶属函数见图5和图6，u的隶属函数如图7所示。
3．4 确定模糊控制规则
根据功率值的变化量，来决定这一时刻的占空比改变量。通过对光伏电池输出功率p与占空比d之间的特性曲线分析，并且考虑到外界环境因素(温度、日照强度)对光伏电池输出功率的影响得到以下原则：
(1)若输出功率增加，则继续原来改变量调整方向，否则取相反方向；
(2)离最大功率点较远处，采用较大改变量以加快跟踪速度；离最大功率点附近，采用较小改变量进行搜索以减小搜索损失；
(3)当达到以最大功率点为中心的极小的zo区域时，系统稳定下来，直至外界环境再次发生明显变化。
(4)当温度、日照强度等因素发生变化导致光伏电池输出功率发生明显变化时，系统能够作出快速的反应，进行再次寻优。
遵循上述原则，并对实际仿真结果进行调整得到最终控制规则表，如表1所示。
3．5 解模糊方法与仿真
模糊逻辑控制器仿真选择mamdani型控制器，解模糊方法为重心法，其计算式为：
式中：u(ai)为第i个模糊输出量的隶属度；a为第i个模糊输出量。
经过试验仿真，结果如图8所示。经过mppt模糊控制占空比时，它能够迅速地跟踪到最大功率点。由此可得，模糊控制能够有效地克服光伏电池的非线性和时滞性，能够快速地跟踪到最大功率点，并保持在此状态。
4 结 语
仿真发现，将模糊逻辑控制应用于光伏电池最大功率点的跟踪不仅跟踪迅速，而且反应灵敏，且通过模糊控制表可以实现离线设计，节省了微机的内部存储空间，提高了工作速度。
虹科Panorama SCADA平台在风电场测量的应用
基于51单片机MQ135的AI2蓝牙空气质量监测系统设计
鸿海以小博大，500万台电视搅动两亿的军团
微针与微流控芯片的结合应用
什么是飞跨电容器？电池管理系统中的飞跨电容器介绍
基于模糊控制的光伏电池MPPT的设计
织物胀破测试仪相关技术参数的详细说明
能源互联网在中国究竟发展的怎么样了
即刻金服 | OPPO Reno 爆料汇总：十倍变焦三摄+大电池+骁龙855
凌力尔特推出100V、高压侧电流检测DC/DC控制器LT3796
小米智能手环被别人绑定了怎么办_小米手环怎么解除绑定
小米8透明探索版评测 未来旗舰机的主流
能耗在线监测系统在江阴港口集团办公楼中的应用
GripSeal格雷希尔快速连接器G80系的内螺纹密封方案
cad堆栈溢出的原因及解决方式
PC市场日渐萎靡,联想的重点是如何发展新业务
高通骁龙835和821有什么区别？骁龙835有哪些升级
NanoPC-T4试用体验一：Nano PC T4 开箱上电
芯片内部为何走电流不会短路和断路？
格芯退出7nm军备竞赛，台积电独霸市场大获全胜