基于模糊控制的光伏发电MPPT的研究

王杰　孙昌旭　马文飞　蒋博伟

【摘 要】根据光伏电池的特性分析，建立光伏发电系统。将模糊控制应用到光伏发电MPPT中，能对光伏发电系统的最大功率进行快速准确的跟踪。通过对模糊控制的光伏发电MPPT问题的研究，在Matlab/Simulink中建立基于模糊控制的光伏发电MPPT仿真模型，仿真结果表明，该模型的响应速度和跟踪精度都比较好。

【关键词】光伏系统；模糊控制；MPPT

【Abstract】According to analyzing the characteristic of photovoltaic cells， photovoltaic power generation system is established.The fuzzy control can be applied to pv power generation MPPT， and the maximum power of photovoltaic power generation system can be tracked quickly and accurately. Through research on MPPT fuzzy control problems of photovoltaic power generation， the simulation model of photovoltaic power generation MPPT based on fuzzy control is established in Matlab/Simulink， the simulation results show that the model response speed and tracking accuracy are better.

【Key words】Photovoltaic （pv） system； Fuzzy control； The MPPT

0 引言

隨着环境和能源问题的日益突出，清洁能源太阳能越来越受重视。然而一些影响因素导致光伏发电输出功率不稳定，因此对光伏最大功率的跟踪显得重要。光伏最大功率跟踪（MPPT）技术，即通过跟踪输出功率的最大点，来对实时的工作点进行调整。目前常用的MPPT方法有：扰动观察法（P&O）、电导增量法、恒定电压法、占空比扰动法和最优梯度法等。模糊控制作为一种模仿人类思维的控制技术，由于它具有抗干扰能力强，不依赖被控过程数学模型，鲁棒性强，因此用于光伏MPPT控制十分合适。本文将介绍一种基于模糊控制的光伏发电MPPT方法。通过在Matlab/Simulink中建立基于模糊控制的光伏发电MPPT仿真模型，实验证明，该模型响应速度较快，跟踪精度较高。

1 光伏电池的原理及构建

光伏发电的主要原理是半导体的光电效应，由特定半导体构成光伏电池在受到外界光照的情况下，吸收光能后内部半导体P-N结构中的载流子浓度和分布状态发生改变。空穴从P极区向N极区移动，电子从N极区向P极区移动，形成电流，在连通外部负载后，就会输出电能。根据太阳电池数学模型可在Matlab/Simulink下建立光伏发电系统的仿真模型。

2 模糊控制器

在Matlab软件中的命令窗口输入fuzzy按Enter键，会弹出一个FIS Editor窗口，在FIS Editor中新建一个Mamdani型控制器，然后依次输入隶属度函数与模糊规则。选择的隶属度函数图形不同，会产生不同的控制效果，本系统的模糊控制器的隶属函数图形选择三角形隶属度函数图形。模糊规则表所表达的信息是：IF E is x，and Ec is y，then U is z。根据特定的误差和误差变化的情况下对输出值进行调整。这种根据规则表来进行判断的模糊逻辑方法就是查表法。根据不同的控制量的模糊值，可以对不同系统制定特定模糊规则表。一般不会建立一个系统的精确数学模型，而是将文中所描述的控制策略通过模糊化的方式，转化成对模糊值的精确控制。由模糊规则生成对应输出量的模糊值，通过解模糊后可以获得精确的控制量。在模糊控制编辑器中，模糊决策选择成熟的Mamdani推理算法，“Or method”方法设置为max，“And method”方法设置为min，“Implication”设置为min，“Aggregation”方法设置为max，解模糊方法设置具有较高精度的重心法Centroid。完成之后会生成一个.fis文件，然后在Fuzzy Logic Controller中将.fis文件导入工作空间。

3 基于模糊控制的MPPT仿真结果分析

根据上面的分析理解，在Matlab/Simulink中建立如图1所示的仿真模型。

设置仿真参数：仿真时间5s，系统初始工作条件是光照强度，温度是15℃，并使系统在2.5s时温度由15℃变化到30℃，仿真结果如图2（a）所示；系统温度保持30℃不变，在2.5s时光照强度由变到，仿真结果如图2（b）所示。

4 结论

本文介绍了光伏发电的一些原理，讨论了模糊控制的控制规则，并建立基于模糊控制的光伏发电MPPT的仿真模型，仿真结果表明采用该方法能够找到光伏发电系统最大功率点，当环境发生改变时，该系统能快速响应，表现出良好的稳态性与动态性。

【参考文献】

[1]石辛民，郝整清.模糊控制及其MATLAB仿真[M].北京：清华大学出版社，2008.

[2]程启明，程尹曼.光伏电池最大功率点跟踪方法的发展研究[J].华东电力，2009，37（8）：1 300-1306.

[3]邓卫超，朱凌.基于MATLAB的光伏电池阵列MPPT仿真研究[J].电源技术，2012，36（2）：209-211.

[责任编辑：朱丽娜]endprint