变结构模糊控制在光伏发电MPPT中的应用

光伏并网

第44卷第2期2010年2月

电力电子技术

PowerElectronics

Vol.44,No.2February,2010

变结构模糊控制在光伏发电MPPT中的应用

李畸勇,王宏华

(河海大学,江苏南京

210098)

摘要:讨论了光伏发电系统最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking,简称MPPT)常用控制方法的优缺点,对光伏电池功率电压曲线进行了分析。根据分析结果将变结构模糊控制应用到光伏发电系统MPPT的控制,能快速响应外界环境的变化,使光伏发电系统始终工作在最大功率点(MaximumPowerPoint,简称MPP)。在两种天气条件下的实验结果证明,该方法能使系统在MPP稳定工作,并能快速跟踪外部环境的变化,具有良好的动、稳态性能。关键词:模糊控制;光伏发电;最大功率点跟踪中图分类号:TP273

文献标识码:A

文章编号:1000-100X(2010)02-0004-03

VariableStructureFuzzyControlAppliedinMaximumPowerPointTracking

ofPhotovoltaicPowerGeneration

LIJi-yong,WANGHong-hua

(HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

Abstract:TheAdvantagesanddisadvantagesaboutthemaximumpowerpointtracking(MPPT)methodsinphotovoltaicgenerationsystemarediscussed.ThePower-voltagecurveofphotovoltaicarrayisanalyzed.Accordingtopower-voltagecharacteristicsofphotovoltaicarray,variablestructurefuzzycontrolmethodisintroducedforMPPTofphotovoltaicgenera-tionsystem.Thesystemcantrackthemaximumpowerpoint(MPP)ofphotovoltaiccellrapidlybyusingvariablestructurefuzzycontrolwhentheenvironmentchangesquickly.Theexperimentalresultsintwokindsofweatherconditionsverifytheproposedmethodcantrackthechangesexternalenvironment,andthephotovoltaicsystemcanruninMPPwithgooddy-namicandstaticperformances.

Keywords:fuzzycontrol;photovoltaicgeneration;maximumpowerpointtracking

1引言

式中:I,Is,I0分别为光伏阵列输出电流、短路电流和反向饱和电流,Is与光照强度S和温度相关;q为电荷常数;n为光伏阵列中半导体器件p-n结系数;k为Boltzman常数;T为绝对温度。

光伏发电具有无污染、无噪声的特点,它除阳光外无需其他生产原料,是一种应用前景广泛的绿色能源,目前已成为国内外学术界和工业界研究的热点。但由于光伏电池具有明显的非线性特性,为了实现光伏发电系统的功率输出最大化,需要对光伏电池的输出最大功率点(MPP)进行跟踪。最大功率跟踪(MPPT)电路控制常采用固定电压法、扰动观察法、增量电导法以及模糊控制等方法[1-2]。文中根据光伏电池的特性,分析了相关的控制算法在光伏发电MPPT中的应用,在采用模糊控制MPPT的基础上,提出一种变结构模糊控制算法,并进行了相应的实验研究。实验结果表明,该算法具有较好的动态及稳态性能。

由式(1),(2)可见,P是S和温度的函数,是一个典型的非线性函数,它在一定的外部条件下存在唯一最大值。多个光伏阵列串、并联就构成了光伏电池。图1示出不同光照强度和温度下的P-V曲线。

2光伏阵列的特性

光伏阵列的输出电流、电压关系及输出功率分

图1不同

变结构模糊控制在光伏发电MPPT中的应用

S,T下的P-V特性曲线

由图1可见,光伏电池最大输出功率是随外界环境的变化而改变的。常用的MPPT方法有固定电压法、扰动观察法、增量电导法。固定电压法是设

别如式(1),(2)所示[3]。

-1#nkT"$qU

P=IU-IU%exp"-1&I=Is-I0exp

s

(1)(2)

MPP的电压为一恒定值,而实际的MPP将会随外部

环境的变化而变化,因此在实际变化环境中采用该方法虽简便,但P会偏离MPP,产生较大的功率损

失。扰动观察法和增加电导法是目前应用较多的两种方法,这两种方法虽然转化效率高,但MPPT电路功率开关的占空比调节量△d为定值;当△d较大

定稿日期:2009-10-19

作者简介:李畸勇(1975-),男,贵州遵义人,博士研究生,研究

方向为电力电子技术在电力系统中的应用。

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