模糊控制在光伏方面的應(yīng)用

第1頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月報(bào)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(xiàn)第2頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月最大功率點(diǎn)光伏陣列輸出特性具有非線性特征，其輸出受光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度和負(fù)載情況影響。在一定的光照強(qiáng)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(shí)，光伏電池的輸出功率才能達(dá)到最大值，這時(shí)光伏電池的工作點(diǎn)就達(dá)到了輸出功率電壓曲線的最高點(diǎn)，稱之為最大功率點(diǎn)(maximumpowerpoint，MPP)。一、MPP及MPPT介紹實(shí)驗(yàn)室光伏發(fā)電模擬系統(tǒng)第3頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月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1000W/m2800W/m2600W/m2400W/m2功率P電壓UO光照強(qiáng)度和溫度變化都會導(dǎo)致光伏電池的最大功率點(diǎn)移動(dòng)一、MPP及MPPT介紹第4頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月●因此，在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，要提高系統(tǒng)的整體效率，一個(gè)重要的途徑就是實(shí)時(shí)調(diào)整光伏電池的工作點(diǎn)，使之始終工作在最大功率點(diǎn)附近，這一過程就稱之為最大功率點(diǎn)跟(maximumpowerpointtracking，MPPT)。最大功率點(diǎn)跟蹤一、MPP及MPPT介紹第5頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月二、常用的MPPT控制方法介紹MPPT控制方法電導(dǎo)增量法恒電壓控制法干擾觀測法第6頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月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(chǔ)之上加一個(gè)正向電壓擾動(dòng)量，再次檢測光伏電池輸出功率。根據(jù)功率變化方向，改變輸出電壓，直到輸出功率穩(wěn)定在設(shè)定的一個(gè)很小范圍內(nèi)，即可認(rèn)為達(dá)到了最大功率點(diǎn)。二、常用的MPPT控制方法介紹----干擾觀測法第7頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月干擾觀測法的特點(diǎn)該方法的優(yōu)點(diǎn)是控制算法比較簡單，對電量傳感器精度要求不高。其缺點(diǎn)為需要始終判斷對電壓加以干擾的系統(tǒng)是否工作在最大功率點(diǎn)處。因此即使是在穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)工作電壓也不能穩(wěn)定在一個(gè)特定值上，不可避免地會造成一定功率損失。若擾動(dòng)步長較大，則系統(tǒng)能較快搜尋到最大功率點(diǎn)處，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較快，但會在最大功率點(diǎn)附近有較大波動(dòng)，功率損失也較大；而若步長較小，相應(yīng)的在最大功率點(diǎn)附近的波動(dòng)較小，但系統(tǒng)搜尋最大功率點(diǎn)幫需要較長時(shí)間，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢。跟蹤步長的設(shè)定難以兼顧跟蹤精度和響應(yīng)速度，并且有時(shí)會出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤現(xiàn)象。二、常用的MPPT控制方法介紹----干擾觀測法第8頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月所以，干擾觀測法適用于外界環(huán)境較穩(wěn)定的中小功率系統(tǒng)，并在滿足一定的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的基礎(chǔ)上，盡量減小擾動(dòng)步長，增大控制周期，即以犧牲部分動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度來提升系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度和抗擾動(dòng)熊力。由于光伏系統(tǒng)為長期運(yùn)行系統(tǒng)，因此系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性更為重要，干擾觀測法在中小功率系統(tǒng)還是比較適用的。由于傳統(tǒng)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(xiàn)誤判、步長和控制周期選取有沖突等，因此就出現(xiàn)了對其改進(jìn)的一些控制方法。二、常用的MPPT控制方法介紹----干擾觀測法第9頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月123然后進(jìn)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(dá)到預(yù)期的控制效果模糊控制綜合了直覺經(jīng)驗(yàn)，具有不依賴被控對象的精確數(shù)學(xué)模型、魯棒性強(qiáng)、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，適用于難以建立數(shù)學(xué)模型的對象，或?qū)Ω蓴_十分嚴(yán)重的系統(tǒng)進(jìn)行控制。三、基于模糊控制的MPPT控制法光伏系統(tǒng)是一個(gè)非線性系統(tǒng)，很難用精確的數(shù)學(xué)模型描述；因此將模糊控制用于光伏系統(tǒng)的MPPT控制是合適的。第10頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月模糊控制沒有積分環(huán)節(jié)，屬于有差控制，在最大功率點(diǎn)附近的振蕩仍然存在。為此，將傳統(tǒng)PID控制引入到模糊控制當(dāng)中，提出模糊/PID

控制的雙模組合控制算法。大偏差范圍內(nèi)采用模糊控制進(jìn)行快速響應(yīng)調(diào)整小偏差范圍內(nèi)的精度調(diào)整采用常規(guī)PID控制兩種算法通過閾值比較的方式進(jìn)行切換實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)快速性和精確性的統(tǒng)一三、基于模糊控制的MPPT控制法對于模糊MPPT控制的改進(jìn)方法第11頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月對于模糊MPPT控制的改進(jìn)方法對于模糊MPPT控制的改進(jìn)方法原理框圖第12頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月模糊控制設(shè)計(jì)三、基于模糊控制的MPPT控制法步驟確定輸入輸出量及模糊子集隸屬度函數(shù)的確立模糊決策表制定解模糊方法確立第13頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月確定輸入輸出量及模糊子集基于干擾觀測法的原理，根據(jù)功率值的變化量和前一時(shí)刻的占空比調(diào)整步長，來決定本時(shí)刻的占空比調(diào)整步長。取光伏電池的輸出功率為目標(biāo)函數(shù)，控制量為用來控制開關(guān)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(shí)刻的輸入量為第n時(shí)刻的功率變化量E(n)和第（n-1）時(shí)刻的占空比步長值S(n-1)，第n時(shí)刻的輸出量為第n時(shí)刻的占空比步長值S(n)。Ke、Ka為量化因子，負(fù)責(zé)將功率變化量e(n)和占空比步長s(n)的實(shí)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控制法第14頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月將語言變量E，S分別定義為8個(gè)和6個(gè)模糊子集，其中S(n－1)和S(n)變量子集和論域相同，統(tǒng)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(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，負(fù)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(gè)和12個(gè)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第15頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月隸屬度函數(shù)的確立根據(jù)光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇三角形狀作為隸屬度函數(shù)的形狀，并且曲線距離原點(diǎn)越近，曲線越陡，表明其分辨率越高；距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，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(shù)如圖（a）、（b）

所示，其中（a）圖為功率差E的隸屬函數(shù)，（b）圖為步長S的隸屬函數(shù)。三、基于模糊控制的MPPT控制法第16頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月隸屬度函數(shù)的確立根據(jù)光伏系統(tǒng)的特點(diǎn)，選擇三角形狀作為隸屬度函數(shù)的形狀，并且曲線距離原點(diǎn)越近，曲線越陡，表明其分辨率越高；距離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，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(shù)如圖（a）、（b）

所示，其中（a）圖為功率差E的隸屬函數(shù)，（b）圖為步長S的隸屬函數(shù)。三、基于模糊控制的MPPT控制法第17頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)光伏系統(tǒng)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(diào)整方向，否則取相反的方向。2)離最大功率點(diǎn)較遠(yuǎn)處，采用較大步長以加快跟蹤速度，離最大功率點(diǎn)附近，采用較小的步長，減少搜索損失；3)當(dāng)溫度、光照強(qiáng)度等因素發(fā)生變化導(dǎo)致光伏系統(tǒng)功率發(fā)生較大變化時(shí)，系統(tǒng)能迅速作出反應(yīng)。根據(jù)上述原則，應(yīng)用IFE(n)andS(n－1)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控制法第18頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月模糊決策表制定三、基于模糊控制的MPPT控制法第19頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月三、基于模糊控制的MPPT控制法第20頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月通過模糊推理得到的通常是一個(gè)模糊集合或者隸屬函數(shù)，而實(shí)際控制中需要一個(gè)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(quán)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控制法第21頁，課件共23頁，創(chuàng)作于2023年2月參考文獻(xiàn)[1]徐峰.基于模糊控制和功率預(yù)測的變步長擾動(dòng)觀察法在光伏發(fā)電系統(tǒng)MPPT控制中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)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(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真，2013.30(3）：134-137.[3]楊金煥.太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社.2013年4月.[4]彭文麗，席自強(qiáng)，張佳.模糊控制在光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤中的應(yīng)用[J].電工電氣.2013，pp：23-26.[5]AhmedM.Othman，Mahdi