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1、 模糊 PID 控制在光伏发电 MPPT 中的应用学 院： 信息工程学院 专 业： 控制工程 学生 姓名： 学 号： 任课 教师： 汇报日期： 年 月 日 摘要I摘要光伏电池的输出功率随外部环境和负载的变化而变化，为有效利用太阳能，需要对其进行最大功率点跟踪( MPPT) 。模糊控制属于有差控制，在最大功率点附近仍有振荡存在，为进一步提高光伏发电 MPPT 控制品质，提出一种基于占空比扰动的模糊 PID 双模控制策略。其基本方法是直接将占空比作为控制变量，在模糊控制基础上加入了传统的 PID 控制，在大偏差范围内采用模糊控制进行快速响应调整，在小偏差范围内的精度调整采用常规 PID 控制，实现
2、了 MPPT 精确性和快速性的兼备。改进方法能够快速、准确地跟踪光伏电池的最大功率点，避免在最大功率点的振荡，提高了能量转换效率。关键词关键词 最大功率点跟踪模糊控制 PID 控制AbstractIIAbstractThe output power of PV module varies with module temperature In order to effectively use solar energy，it needs maximum power point tracking ( MPPT) Fuzzy control is static error control，it sti
3、ll has oscillations existing near the maximum power point In order to further improve the photovoltaic MPPT control quality，a fuzzy PID control strategy based on the duty cycle perturbation was proposed The basic approaches are to directly take the duty cycle as control variables and to introduce th
4、e fuzzy control to the traditional PID control The fuzzy control is used to respond quickly to adjustments in the large deviations and the conventional PID control is used for accurate adjustment within small deviations both with the accuracy of and the rapidity of MPPT The simulation results show t
5、hat this method can quickly and accurately track the maximum power point of photovoltaic cells，avoid the oscillation in themaximum power point，and improve the energy conversion efficiency Key words MPPT Fuzzy controlPID control第 2 章 最大功率跟踪介绍3目 录摘要 .I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论.1 1.1 题目背景.1 第 2 章 最大功率跟踪简介.
6、2 2.1 MPP 及 MPPT 介绍.2 2.2 光照强度和温度变化对 MPP 影响.3 第 3 章 常用的 MPPT 控制方法.5 3.1 干扰观测法.5 3.1 恒电压控制法.6 第 4 章 模糊 PID 控制.8 4.1 模糊控制器设计.9 4.1.1 确定输入输出量及模糊子集.9 4.1.2 隶属度函数的确立.10 4.1.3 模糊控制规则制定.12 4.1.4 解模糊的确立.13 结论.15 参考文献.16Abstract4第 1 章 绪论1.1 题目背景随着全球性能源危机和环境污染的日趋严重，有效、合理地利用现有 资源、保护环境已成为全球关注的焦点。太阳能光伏发电具有无污染、无
7、噪声、取之不尽、用之不竭等优点，成为新能源研究的热点之一。然而太 阳能光伏组件是非稳定电源，光照、温度、负载的改变均会引起光伏电池 输出功 率变化，为有效利用太阳能需要对其进行最大功率点跟踪。 目前已知MPPT 算法主要有固定电压法、扰动观察法、电导增量法、 模糊控制法和神经网络法等。固定电压法简单且容易实现，但忽略了温度 对开路电压的影响，所以并不能完全跟踪最大功率点。扰动观察法和电导 增量法同为MPPT经典算法，但扰动观察法抗干扰能力较差，容易发生误 判现象。电导增量法控制复杂，对硬件要求高，需要高精度的A/D 转换器。 两种算法跟踪步长设置大小都会影响系统的动态和稳态性能，且较难找到 平
8、衡点。这些特性都限制了两种算法的应用。 模糊控制不依赖于被控对象的数学模型，能够根据功率变化幅度自动 调整占空比，能有效提高系统随外部环境变化的快速响应能力，并能一定 程度上减少最大功率点附近的振荡。但是，模糊控制没有积分环节，属于 有差控制，在最大功率点附近的振荡仍然存在。为此，本文将传统的PID 控制引 入到模糊控制当中，提出模糊/PID 控制的双模组合控制算法。在大偏差范围内采用模糊控制进行快速响应调整，在小偏差范围内的精度调整采用常 规 PID 控制，两种算法通过阈值比较的方式进行切换。两种算法互为有益 的补充，实现了控制系统快速性和精确性的统一。本文重点讨论了模糊控 制器的设计。第
9、2 章 最大功率跟踪介绍5Abstract6第 2 章 最大功率跟踪简介2.1 MPP 及 MPPT 介绍图 1 光伏发电太阳能电池组件光伏阵列输出特性具有非线性特征，其输出受光照强度、环境温度和 负载情况影响。在一定的光照强度和环境温度下，光伏电池可以工作在不 同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏电池的输出功率才能 达到最大值，这时光伏电池的工作点就达到了输出功率电压曲线的最高点， 称之为最大功率点(maximum power point，MPP)。第 2 章 最大功率跟踪介绍72.2 光照强度和温度变化对 MPP 影响W/m2800 W /m2600 W /m2400 W /m2
10、O图 2.1 光伏电池输出特性随光照的变化曲线25354555功率P电压UO图 2.2 光伏电池输出特性随温度的变化曲线光照强度和温度变化都会导致光伏电池的最大功率点移动，因此，在功率P电压UAbstract8光伏发电系统中，要提高系统的整体效率，一个重要的途径就是实时调整光伏电池的工作点，使之始终工作在最大功率点附近，这一过程就称之为最大功率点跟(maximum power point tracking，MPPT)，如图 2.3 I-U 特性曲线与负载特性的交点即为最大功率点。图 2.3 光伏电池 I/P-U 曲线第 3 章 常用的 MPPT 控制方法7第 3 章 常用的 MPPT 控制方法MPPT 方法可根据控制算法进行分类，也可根据具体实现环节的控制参数分类。若根据 MPPT 算法的特征和具体实现机理的过程，可将 MPPT方法分为三大类： 基于参数选择方式的间接控制法； 基于采样数据的直接控制法； 基于现代控制理论的人工智能控制法。在具体设计过程中采纳何种算法来实现 MPPT，还要根据控制过程的具体成本核算以及控制要求精度来决定。3.1 干扰观测法图 3.1
