基于模糊PID控制的光伏最大功率点跟踪仿真研究

新能源0引言随着光伏技术的发展，光伏发电必将成为常规能源的重要补充部分，如何提高太阳能转换效率、降低系统造价等，便成发展光伏发电的重要课题。

目前我国对于光伏最大功率点跟踪的理论研究已经十分广泛［1-3］。

在分析光伏电池伏安特性的基础上,设计了一个模糊PID控制器，以提高光伏发电的性能。

1光伏电池的特性及MPPT原理1.1光伏电池的数学模型光伏电池是利用半导体材料的光伏效应制成的。

光伏电池组件的I-U特性随太阳辐照度E(W/m2)和电池温度T(K)而变化，即I=F(U，U oc，E，T)。

根据电子学理论，光伏电池对应的I-U函数为：I pv=I sc［－c1(eURc2U oc－1)］+DI，c2=U mpU oc－1ln(1－I mpI oc)，c1=(1－I mpI oc)e(－U mpc2U oc)，U r=U PV+β(T－T ref)+R s DI，DI=αS(T－T ref)+I sc(S－1)。

式中，α为在参考日照下，电流变化温度系数；β为在参考温度下，电压变化温度系数；R s为光伏电池的串联电阻；I sc为短路电流；U oc为开路电压；U mp 为最大功率点对应的电压；I mp为最大功率点对应的电流。

1.2Buck电路实现MPPT的原理在该系统中，数字控制器主要实现光伏电池对蓄电池的充电。

由于受到蓄电池过充电压的限制，故该系统采用具有降压调节功能的Buck型变换器，变换器具有效率高、体积小等优点，在光伏系统中，为了寻求阻尼的最佳匹配，通常是通过控制PWM的占空比来实现光伏电池输出功率的最大化［4-5］。

太阳能电池的特性曲线如图1所示。

当d P/d U=0时，光伏电池输出功率最大，而电压U是由占空比决基于模糊PID控制的光伏最大功率点跟踪仿真研究范建荣（尚德能源工程有限公司，江苏无锡214000）摘要：在分析光伏电池伏安特性的基础上,设计了一个模糊PID控制器，以提高光伏发电的性能。

仿真结果表明，模糊PID控制能够快速、准确地跟踪最大功率点,避免最大功率点处的振荡,提高了系统稳定性和能量转换效率。

关键词：模糊PID控制；光伏电池；最大功率点跟踪(MPPT)中图分类号：TM914.4文献标识码：ASimulation Study of Photovoltaic Maximum Power Point Tracking Basedon Fuzzy PID ControlFAN Jian-rong(Shangde Energy Engineering Company Limited,Wuxi400020,China)Abstract：Through analysis of volt-ampere characteristic of photovoltaic cell,a fuzzy PID controller is designed in order to improve the performance of photovoltaic.Simulation shows that the fuzzy PID control could track the maximum power point rapidly and accurately and could avoid oscillation.The system stability and energy conversion efficiency are improved.Keywords：Fuzzy PID control；photovoltaic cell；maximum power point tracking收稿日期：2012-03-21图1太阳能电池的特性曲线88自动化应用定的，因此可以直接把占空比作为控制量。

2MPPT数字PID控制器设计PID控制增量法的增量式:Δu(k)=u(k)-u(k-1)=K p［e(k)－e(k－1)］+K i e(k)+K d［e(k)－2e(k－1)+e (k－2)］式中，e(k)为数字PID控制器的输入；u(k)为第k 个采样时刻数字PID控制器的输出；K i为积分系数；K d为微分系数。

光伏系统的输出功率P和PWM占空比D的关系如图2所示。

当d P/d D=0时，输出功率达到最大。

图2P-D关系曲线根据图2，取占空比D为数字PID控制器的控制量，ΔP为偏差信号。

根据图1和图2寻找最大功率点的过程，得到ΔD和ΔP的关系如下:（1）当ΔU(k)＞0时:ΔD(k)=D(k)－D(k－1)=K p［ΔP(k)－ΔP(k－1)］+K iΔP(k)+K d［ΔP(k)－2ΔP (k－1)+ΔP(k－2)］（2）当ΔU(k)＜0时:ΔD(k)=D(k)－D(k－1)=－{K p［ΔP(k)－ΔP(k－1)］+K iΔP(k)+K d［ΔP(k)－2ΔP(k－1)+ΔP(k－2)］}通过模糊控制，实时对K p、K i和K d3个参数进行调整，使系统的输出得到优化。

3模糊PID控制的实现模糊控制器是模糊控制系统核心，而模糊控制器的核心在于模糊规则的确定。

本系统以Buck占空比调节量为控制对象，以功率的偏差信号e和偏差变化量ec为输入量，以Buck电路中开关器件占空比的改变量ΔD为控制器输出量u，如图3所示。

图3参数模糊自整定PID控制e、ec、u对应的模糊变量分别为E、EC和U，本设计分别用7个变量来描述输入输出，即{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}，输入语言变量模糊集论域取{-6，-4，-2，0，2，4，6，}，各变量均选择三角形的隶属函数［6］。

根据专家的理论和实践经验，采用模糊条件推理if A and B then C，得出模糊控制规则表，见表1-3。

表1Kp模糊控制规则表表2Ki模糊控制规则表表3Kd模糊控制规则表4仿真结果分析系统运用Matlab中的Simulink模块进行仿真。

太阳能电池模型参数设置:开路电压U oc=42V，短路电流I sc=4.5A，输出最大功率时对应电压和电流分别为U mp=34V、I mp=3.5A，太阳能电池串联内阻R s=0.1Ω，传统PID控制与模糊参数自整定MPPT仿真波形如图4所示。

仿真结果表明，模糊PID控制具有良好的动态和稳定性能，优于传统的数字PID控制方法。

NB NM NS Z PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM NS NS NB NM NM NS Z NS Z NS NM NM NS NS ZZ Z NS NS NS NS NS ZPS Z Z Z Z Z Z Z PM PB NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB eceNB NM NS Z PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM NS NS NB NM NM NS Z NS Z NS NM NM NS NS ZZ Z NS NS NS NS NS ZPS Z Z Z Z Z Z Z PM PB NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB eceNB NM NS Z PS PM PB NB PS NS NB NB NB NM PS NM NS NS NB NM NM NS Z NS Z NS NM NM NS NS ZZ Z NS NS NS NS NS ZPS Z Z Z Z Z Z Z PM PB NS PS PS PS PS PB PB PB PM PM PM PS PS PB ece新能源892012自动化应用7期自动化应用 （上接第69页）在正常的管网运行状态下，整个供热管网应进行均匀性调节，实现热量的均匀分配。

在通信故障时各热力站自成系统，根据热用户的热需求（主要是根据二级网供回水温度、室外温度保证室内的舒适温度），现场控制单元对各热力站内设备进行闭环控制，保证热量供应。

在量调节阶段，中央监控站根据用户流量变化，按照末端用户压差调节首站的变频泵转速，保证不利点有足够的资用压头；在质调节阶段，中央监控站要根据用户热需要，协调供热量，从而使供热与热需求相适应，实现优化调节、经济运行。

（7）故障诊断及报警：根据参数信息及时诊断各系统的故障并指导维护。

（8）自动对全网水力工况进行分析，对首站及主调速水泵、各热力站、峰荷锅炉房供热量进行控制。

4结语采用上述控制系统，实现了热网安全稳定运行,不会引起热网水力失调与热量失调,使城市集中供热自控系统更趋于稳定与完善。

该控制系统配合仪表的应用具有显著的节能效果,相互之间的协调具有很好的实用性、操作性与可维护性。

供热自控系统已在实际供热系统中应用,经过长期运行检验,效果良好。

参考文献[1]戴伟.浅析节能控制技术在换热站的应用[J].新疆农垦科技，2010，(05)[2]吴清海，金广英.城市集中供热发展以及需解决的问题[J].科技资讯，2007，（17）：11确，操作方便，能实现多目标控制。

可以实现定电流、定功率和频率调节，提高输送的能力和交流系统的稳定性，能抑制直流线路故障电流，实现健全系统对故障系统的紧急支援，实现振荡阻尼和次同步振荡的抑制。

直流电缆的传输容量的是交流电缆的1.5~2.0倍，输送相同的功率直流电缆所用线材仅为交流输电的1/2~2/3，距离越长直流电缆优势越明显。

5结语海上智能电网综合应用先进的信息、控制、通信、电力电子和电力工程技术，整体考虑海上油田群电网的发电、输电、配电和用电各个环节，实现智能监测、预警、调度和控制，可以有效提高油田电力系统的安全，以及开发的经济性和效率。

参考文献[1]余贻鑫，栾文鹏.智能电网的基本概念[J].天津大学学报，2011，5[2]施婕，艾芊.智能电网实现的若干关键技术问题研究[J].电力系统保护与控制，2009，10[3]刘振亚.智能电网技术（第1版）[M].北京：中国电力出版社，2010[4]李庚银,吕鹏飞,李广凯,等.轻型高压直流输电技术的发展与展望[J].电力系统自动化，2003,27(4):77-81（上接第82页）5结语提出一种基于模糊PID 控制的设计方法。

提高了光伏发电的性能。

仿真结果证明该方法不仅够快速、准确地跟踪最大功率点，而且提高了系统稳定性和能量转换效率。

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