光伏并網(wǎng)逆變器非線性控制策略研究

光伏并網(wǎng)逆變器非線性控制策略研究光伏并網(wǎng)逆變器非線性控制策略研究

摘要：隨著光伏發(fā)電技術(shù)的不斷發(fā)展，其在電網(wǎng)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。由于發(fā)電強(qiáng)度受天氣等因素影響較大，因此光伏發(fā)電需要一個(gè)能夠?qū)⒅绷麟娹D(zhuǎn)換為交流電并實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤的控制器來(lái)保證其高效穩(wěn)定運(yùn)行。在本文中，我們研究了一種基于非線性控制的光伏并網(wǎng)逆變器控制策略。該控制策略采用改進(jìn)的模糊控制和高級(jí)PID控制相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)逆變器在光伏輻射強(qiáng)度變化時(shí)的優(yōu)化控制。仿真結(jié)果表明，該控制策略能夠有效提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；并網(wǎng)逆變器；非線性控制；模糊控制；高級(jí)PID控制。

1.引言

隨著化石能源的逐漸枯竭，新能源的開(kāi)發(fā)和利用成為了世界上各個(gè)國(guó)家共同關(guān)注的問(wèn)題。其中，光伏發(fā)電作為一種清潔、可再生的能源形式，因其環(huán)保、安全、高效等特點(diǎn)不斷得到推廣和應(yīng)用。并網(wǎng)逆變器作為光伏發(fā)電系統(tǒng)中至關(guān)重要的組成部分，其主要功能是將光伏板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制。而逆變器的穩(wěn)定性和效率直接影響著光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行和發(fā)電效果。

傳統(tǒng)的逆變器控制方法主要采用線性控制算法，但是線性控制算法的控制效果不夠理想，難以適應(yīng)光伏發(fā)電系統(tǒng)中各種不確定因素的影響。因此，本研究主要針對(duì)光伏并網(wǎng)逆變器中傳統(tǒng)線性控制方法的不足，提出了一種基于非線性控制的控制策略，以期提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

2.光伏并網(wǎng)逆變器的控制模型

在進(jìn)行控制策略研究前，需要先建立光伏并網(wǎng)逆變器的數(shù)學(xué)模型，該模型包含光伏板、MPPT控制器、并網(wǎng)逆變器等各個(gè)組成部分，并分析其電力特性和功率分布。

2.1光伏板模型

光伏板產(chǎn)生的電流和電壓與光照、溫度等環(huán)境因素密切相關(guān)，其電壓-電流特性通常為非線性曲線。通過(guò)非線性擬合，我們可以得到光伏板的電流-voltage特性方程：

$I_{pv}=I_{sc}-K_iT_c\left(V_{pv}+K_v\right)$

其中，$I_{pv}$為光伏板輸出的電流，$I_{sc}$為光伏板的短路電流，$V_{pv}$為光伏板的電壓，$K_i$和$K_v$分別為恒定的電流系數(shù)和電壓系數(shù)，$T_c$表示環(huán)境溫度。

利用以上方程，我們可以得到光伏板的輸出功率，為：

$P_{pv}=I_{pv}V_{pv}$

這里，我們采用改進(jìn)的模糊控制算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏板的實(shí)時(shí)最大功率跟蹤。

2.2MPPT控制器模型

MPPT控制器的主要作用是監(jiān)測(cè)光伏板的功率變化，并通過(guò)控制光伏板的輸入電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。我們采用改進(jìn)PID控制算法來(lái)控制MPPT控制器的輸出電壓，以期實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。

2.3并網(wǎng)逆變器模型

并網(wǎng)逆變器的主要功能是將光伏板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，并輸出到電網(wǎng)中。在本文中，我們采用非線性控制策略來(lái)控制逆變器的輸出電壓和頻率，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。

3.光伏并網(wǎng)逆變器的非線性控制策略

為了實(shí)現(xiàn)光伏并網(wǎng)逆變器的最優(yōu)控制，我們采用模糊控制和高級(jí)PID控制相結(jié)合的方法來(lái)設(shè)計(jì)控制算法，主要包括兩個(gè)部分：直流/交流控制、功率調(diào)節(jié)控制。

3.1直流/交流控制

該部分控制的目的是控制逆變器的直流電輸入電壓和輸出交流電壓，在光伏輻射變化的情況下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出功率。為了實(shí)現(xiàn)這一控制目的，我們采用模糊控制來(lái)設(shè)計(jì)電壓和電流控制器。模糊控制是一種具有適應(yīng)性和延遲特征的控制方法，其控制器可以自適應(yīng)地調(diào)節(jié)控制參數(shù)，適應(yīng)各種變化的光伏板輸出。

3.2功率調(diào)節(jié)控制

該部分控制的目的是控制逆變器的輸出功率，包括實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制和電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)控制。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，我們采用高級(jí)PID控制算法來(lái)設(shè)計(jì)控制器。該算法通過(guò)分析光伏板的電壓、電流、輸出功率等信息來(lái)實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤控制，并根據(jù)電網(wǎng)電壓變化實(shí)時(shí)調(diào)整逆變器的輸出功率。

4.仿真結(jié)果和分析

在本文的仿真實(shí)驗(yàn)中，我們采用Matlab軟件來(lái)對(duì)所提出的非線性控制策略進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，我們分別對(duì)傳統(tǒng)線性控制方法和本文提出的非線性控制方法進(jìn)行比較，結(jié)果表明，本文所提出的非線性控制方法能夠有效提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率，且具有更好的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示：

圖1傳統(tǒng)線性控制方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2非線性控制方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

5.結(jié)論與展望

在本研究中，我們采用模糊控制和高級(jí)PID控制相結(jié)合的方法，提出了一種非線性控制策略，并在仿真實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了其有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制策略能夠有效提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率。未來(lái)，我們將進(jìn)一步探究非線性控制算法在光伏并網(wǎng)逆變器中的應(yīng)用，以期提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和效率6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)線性控制方法和本文提出的非線性控制方法進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，我們得到了圖1和圖2所示的輸出結(jié)果。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，相比于傳統(tǒng)線性控制方法，本文所提出的非線性控制方法表現(xiàn)出更好的性能。在圖2中，我們可以看到，當(dāng)光伏板的輸入功率發(fā)生變化時(shí)，非線性控制方法能夠更快地跟蹤最大功率點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)更高的效率。此外，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生變化時(shí)，非線性控制方法能夠更快地調(diào)整逆變器的輸出功率，保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，我們可以得出以下結(jié)論：

1.本文提出的非線性控制方法可以有效提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率；

2.非線性控制方法具有更好的魯棒性，在輸入功率和電網(wǎng)電壓變化時(shí)能夠更快地跟蹤最大功率點(diǎn)和保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

3.非線性控制方法可以適應(yīng)各種變化的光伏板輸出，具有更廣泛的應(yīng)用前景。

7.結(jié)論與展望

在本研究中，我們利用模糊控制和高級(jí)PID控制相結(jié)合的方法，提出了一種非線性控制策略，通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證其有效性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，非線性控制方法可以有效提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和效率，具有更廣泛的應(yīng)用前景。

未來(lái)，我們將進(jìn)一步探究非線性控制算法在光伏并網(wǎng)逆變器中的應(yīng)用，并嘗試結(jié)合深度學(xué)習(xí)等新技術(shù)，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和效率。同時(shí)，我們還將對(duì)控制算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以進(jìn)一步驗(yàn)證其可靠性和性能總體來(lái)說(shuō)，本研究提出的非線性控制方法在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中表現(xiàn)出很好的性能和應(yīng)用前景。然而，我們也注意到研究中存在一些限制和不足，需要在以后的研究中加以改進(jìn)和拓展。

首先，本研究只是在仿真實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了非線性控制方法的有效性，實(shí)際應(yīng)用中還需要進(jìn)行更為復(fù)雜和嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。例如，需要考慮更多的因素，如天氣變化、電網(wǎng)負(fù)載變化等，以確保算法在更多情況下的穩(wěn)定性和魯棒性。

其次，本研究采用的是模糊控制和高級(jí)PID控制相結(jié)合的方法，未來(lái)可以將其他非線性控制算法和深度學(xué)習(xí)等新技術(shù)引入進(jìn)來(lái)，以進(jìn)一步提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的效率和可靠性。

最后，雖然本研究已經(jīng)在一定程度上證明了非線性控制方法在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的有效性，但仍需要更多研究來(lái)評(píng)估該方法的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。比如，需要考慮該方法在不同規(guī)模的光伏電站中的應(yīng)用成本和效益等因素。

綜上所述，盡管還存在一些限制和不足，我們?nèi)匀幌嘈欧蔷€性控制方法具有廣泛的應(yīng)用前景，在未來(lái)的研究中可以發(fā)揮更多的潛力。我們希望通過(guò)不斷的探索研究，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和效率提供更好的技術(shù)和方法支持除此之外，本研究?jī)H探究了單個(gè)光伏電站的并網(wǎng)控制，然而在實(shí)際情況下，光伏電站通常由多個(gè)電站組成，因此需要進(jìn)一步研究如何實(shí)現(xiàn)多個(gè)光伏電站之間的協(xié)同控制。這也將是未來(lái)探索的重要方向之一。

另外，在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）的應(yīng)用越來(lái)越受到重視。BESS可以解決日間發(fā)電量大于用電量時(shí)的能量?jī)?chǔ)存問(wèn)題，同時(shí)在電網(wǎng)負(fù)載高峰時(shí)向電網(wǎng)提供儲(chǔ)能。因此，研究如何將BESS與非線性控制方法相結(jié)合，提高光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的效率和可靠性也是一個(gè)值得探討的方向。

此外，可以考慮實(shí)現(xiàn)與其他可再生能源（如風(fēng)能、水能等）的協(xié)同運(yùn)行，構(gòu)建多種能源系統(tǒng)。這將為優(yōu)化能源系統(tǒng)的搭建提供更多可能性和想象空間。

除了技術(shù)研究，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的考慮也不可忽視。政策、環(huán)保、成本等因素的考慮都可能影響光伏發(fā)電的推廣應(yīng)用，因此也需要在研究中給予足夠的關(guān)注。

總之，本研究只是初步探索，需要在理論和實(shí)踐方面不斷探索創(chuàng)新。我們將繼續(xù)努力研究非線性控制方法在光伏并網(wǎng)系統(tǒng)中的