一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法。为解决传统MPPT控制精度、适应性差、能量损耗大以及可能导致系统稳定在一个局部的MPP的问题，提出将非对称模糊MPPT与模糊PID相结合的方法，在设定参考电压环节使用模糊控制代替诸如扰动观察法等传统方法，在消除实际电压与参考电压偏差这一环节用模糊PID替换普通的PID控制。然后提出了4个反应MPPT性能的指标：环境缓慢变化时的MPPT的时间、光伏阵列发出的能量大小、稳态时的功率波动大小和环境剧烈变化时光伏阵列发出的能量大小。最后设计了4个算例，在MATLAB/Simulink环境下对5种控制方法分别进行了仿真分析，通过对比，验证了所提出的双模糊控制法是一种比传统方法更优的MPPT控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种最大功率点跟踪技术，特别涉及一种运用双模糊控制方法进行最大功率点跟踪的方法。
技术介绍
光伏阵列是光伏发电系统中一个不可缺少的组成部分，其最大输出功率与温度成负系数关系，而与光照强度成正系数关系。这就在理论和实践上提出了光伏阵列最大功率点跟踪MPPT(MaximumPowerPointTracking)的问题。目前国内外学者针对光伏发电中的MPPT问题提出了诸多方法，如恒定电压(CVT)法、扰动观察(P&O)法、导纳增量(INC)法以及这几种方法的优化结合等。CVT法控制的优点是控制简单、易实现，但系统最大功率点(MPP)的跟踪精度取决于电压初值选择的合理性，控制精度和适应性差。P&O法控制输出功率达到MPP后，其扰动并不停止，而是在MPP附近振荡，造成能量损耗。当环境发生变化时，INC法能够快速跟踪其变化，但可能会导致系统稳定在一个局部的MPP；此外，如同P&O法，INC法的参考电压变化步长ΔUref也是固定的，无法兼顾追踪速度和稳态精度。针对光伏并网发电系统中的MPPT问题，本文提出了一种非对称模糊MPPT和模糊PID相结合的双模糊控制方法，通过在MATLAB/Simulink环境下的建模仿真，对比现有的MPPT方法，验证了该方法具有追踪速度快以及稳态功率波动小等优点。
技术实现思路
目的：传统方法诸如P&O法等无法兼顾追踪速度和稳态精度，总要在两者之间做出取舍。为了克服这一缺点，本文提出了一种非对称模糊MPPT和模糊PID相结合的双模糊控制法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法，包括如下步骤：步骤一：非模糊对称MPPT控制；步骤二：模糊PID控制；步骤三：双模糊控制；所述非模糊对称MPPT控制包括：(1)参考电压环节使用模糊控制代替原有的P&O法等传统方法，可以实现变步长的ΔUref输出；具体为：根据光伏阵列的P-U曲线(功率-电压曲线)，该特性曲线关于MPP是不对称的。据此本文将工作点在MPP左端即P-U曲线较平稳部分的步长ΔUref适当加大(范围：0.1V到0.5V)以更好地提高追踪速度，将工作点在MPP右端即P-U曲线较陡部分的步长ΔUref适当减小以增加稳态精度。(2)设置非模糊对称MPPT模糊控制器；控制器的设置如下：其输入变量为第k个采样点(光伏功率-电压曲线上的采样点)的ΔP(k)和ΔU(k)分别代表光伏功率-电压曲线上功率与电压的变化量，而输出变量则为第k个采样点的ΔUref(k)(参考电压的变化量)，其中ΔP(k)、ΔU(k)由式(1)、(2)求得。ΔP(k)＝P(k)-P(k-1)(1)ΔU(k)＝U(k)-U(k-1)(2)其中，P(k)、U(k)分别为P-U曲线上第k个采样点的功率和电压。(3)设置MATLAB模糊控制箱中模糊控制器的成员函数；ΔP(k)的成员函数有5个模糊子集,分别为PB(PositiveBig)，PS(PositiveSmall)，ZE(Zero)，NS(NegativeSmall)，NB(NegativeBig)；变量ΔU(k)的成员函数有3个模糊子集，分别是P、Z、N。(4)根据光伏阵列P-U曲线得到光伏阵列输出功率与输出电压之间对应关系式，据此设定相关模糊控制规则。根据光伏阵列P-U曲线可以得到光伏阵列输出功率与输出电压之间的对应关系式：dP/dU<0U<UMPPdP/dU＝0U＝UMPPdP/dU<0U>UMPP其中，UMPP为光伏阵列MPP处对应的端电压。所述模糊PID控制环节是用来消除实际光伏阵列输出电压和上一环节输出的参考电压值偏差。包括：(1)设定常规PID参数常规PID控制器虽然简单易行，但一组固定不变的PID参数无法适应环境变化，难以获得满意的控制效果。常规PID是由比例、积分、微分三部分组成，其中每一部分又有不同的作用。在模糊PID控制中，通常有以下几点规则值得考虑。a.当偏差绝对值e较大时，为了使系统具有较好的跟踪性能，比例因子应该很大，而微分因子应该小一些；同时为避免积分饱和及可能出现较大的超调，应对积分作用加以限制。b.当偏差绝对值e及偏差微分的绝对值ec大小中等时，为了使系统能够快速响应，的取值都要适当小一些。c.当偏差绝对值e较小时，为了使系统具有较好的稳态性能，和均应取得大些。(2)据此，可以利用模糊控制在不同的阶段对PID的3个参数进行不同的调节，便可更快、更平滑地追踪到光伏阵列的MPP。该模糊控制以功率的偏差及此偏差的微分为输入，其输出量为PID3个参数的调整量ΔKp、ΔKi、ΔKd，再与控制器基本控制参数相加得到新的参数Kp、Ki、Kd，如下:Kp=KP0+ΔKP---(3)]]>Ki=Ki0+ΔKi---(4)]]>Kd=Kd0+ΔKd---(5)]]>基于此，在消除实际电压与参考电压偏差这一环节用模糊PID来替换传统的PID，可以使输出功率波动更小，响应时间更短。(3)设定模糊控制规则。模糊PID控制器的输入量有2个，分别是e(k))和ec(k)，可得：e(k)=dPdU(k)=P(k)-P(k-1)U(k)-U(k-1)---(6)]]>ec(k)=Δ[dPdU(k)]=e(k)-e(k-1)---(7)]]>该控制器有3个输出变量,分别是ΔKp、ΔKi、ΔKd。输入和输出共5个变量，其成员函数有相同的5个模糊子集，分别为PB、PS、ZE、NS、NB。所述双模糊控制法，在设定参考电压和消除电压偏差环节均使用模糊控制器，此即为双模糊控制法(即非对称模糊MPPT-模糊PID)。2个模糊控制环节的具体配合使用如下：(1)根据光伏阵列实际输出功率、电压的变化情况利用非模糊对称MPPT控制环节设定参考电压。(2)将光伏阵列实际输出电压与此参考电压的偏差输入到模糊PID控制环节，其输出信号与三角波信号比较产生控制脉冲来调节DC-DC变换器即Boost直流变换电路(高压侧整定为恒定值)的占空比D，以此来不断调节光伏阵列的输出电压，使输出电压等于非模糊对称MPPT环节设定的参考电压，消除电压偏差。本专利技术的有益效果:结合了非对称模糊MPPT和模糊PID的双模糊控制方法，通过在MATLAB/Simulink环境下的建模仿真，对比现有的MPPT方法，该方法具有追踪速度快以及稳态功率波动小等优点。附图说明图1双模糊控制法流程图；图211输出变量的成员函数图3双模糊控制法的基本原理框图；图4为参考电压变化量在步长为0.16V时P&O-PID控制图；图5为参考电压变化量步长为0.06V时P&O-PID控制图；图6fuzzyMPPT-PID控制图；图7为参考电压变化量步长为0.16V时P&O-fuzzyPID控制图；图8双模糊控制图；图9本专利技术中光照曲线图；图10本专利技术中温度曲线图；图11为本专利技术中光伏P-U曲线图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如图1-11，本专利技术一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法，如图1所示，包括如下步骤：步骤一：非模糊对称MP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法，其特征在于，包括：步骤1：非模糊对称MPPT控制；步骤2：模糊PID控制；步骤3：双模糊控制。

【技术特征摘要】
1.一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法，其特征在于，包括：步骤1：非模糊对称MPPT控制；步骤2：模糊PID控制；步骤3：双模糊控制。2.根据权利要求1所述的一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法，其特征在于,所述步骤1中非模糊对称MPPT控制具体如下：11)通过模糊控制法来设定参考电压；12)设置非模糊对称MPPT模糊控制器；13)设置MATLAB模糊控制箱中模糊控制器的成员函数；14)根据光伏阵列的P-U曲线得到光伏阵列输出功率与输出电压之间对应关系，据此设定模糊控制规则。3.根据权利要求2所述的一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法，其特征在于：所述11)通过模糊控制法来设定参考电压具体为将工作点在P-U曲线上的MPP左端的步长ΔUref加大，将工作点在P-U曲线上的MPP右端的步长ΔUref减小。4.根据权利要求2所述的一种在光伏并网系统中最大功率点跟踪双模糊控制方法，其特征在于：所述12)设置非模糊对称MPPT模糊控制器具体为：输入变量为第k个采样点的ΔP(k)和ΔU(k)，而输出变量则为第k个采样点的ΔUre...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾佳易，王蒙，马寿虎，陆文涛，陆文伟，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32