非对称模糊PID控制在光伏发电MPPT中的应用

基于模糊PID控制MPPT在光伏系统中的仿真研究

在当今油、碳等能源短缺的现状下，各国都加紧发展新能源的步伐，而太阳能光伏发电在21世纪会占据世界能源消费的重要席位，不但要替代部分常规能源，而且将成为世界能源供应的主体。

然而，如何提高光伏发电的效率，是研究者一直热点讨论的问题。

光伏电池的材料大部分为晶硅光伏组件，其输出功率易受太阳辐照度和组件温度的影响。

不同的辐照度和温度下输出功率也会发生变化。

为了系统能够在任意的太阳辐照度和温度下始终保持最大功率输出，需要对该条件下的最大功率点（Maximum Power Point ，MPPT ）进行追踪。

目前，常用的技术有恒定电压控制法、扰动观察法、电导增量法、模糊控制法、神经网络法等[1-3]。

恒定电压控制法，控制简单，易于实现，有很好的稳定性，但精度较差，特别是外界环境发生变化时，对最大功率点变化适应性差；扰动观察法速度快，易于实现，但稳态精度不高，工程上常常采用此种控制算法；电导增量法控制效果好，稳定度高，但进行控制时需要较多的运算判断，控制算法相对比较复杂，同时对控制系统要求较高；神经网络法，算法比较复杂，实现相对较难，并且需要长时间的训练。

综合考虑，文中介绍一种基于模糊PID 控制MPPT 方法。

根据光伏电池的输出特性，运用MATLAB 建立了光伏阵列仿真模型，并对MPPT 进行仿真。

1光伏电池的数学模型光伏电池的等效电路为：由图1等效电路图可得：I =I ph -I o {exp[q （V +R s I ）AKT ]-1}-V +R s IR sh（1）式中，I ph 为光生电流；I o 为二极管反向饱和电流；q 为电子电荷（1.6×1019C ）；K 为玻尔兹曼常数（1.38×10-23J/K ）；T 为基于模糊PID 控制MPPT 在光伏系统中的仿真研究陈丽，韩辉（沈阳工业大学信息工程学院，辽宁沈阳110870）摘要：由于光伏电池在外界条件发生变化时，其输出特性也随之变化。

改进模糊控制策略在光伏发电MPPT中的应用

ｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｔｏｏｍｐｃａｒｅｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｕｚｆｙｚｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇ
ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ
ＷＡＮＧＹａ — ｎａｎ，ＹＡＮＧＸｕ— ｈｏｎｇ，ＬＩＨａｏ－ｒａｎｇｈａｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＡｕｔｏｍａｔｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｏｆＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｔ，
改进模糊控制策略在光伏发电ＭＰＰＴ中的应用
王亚楠，杨旭红，李浩然，冯成臣
（上海电力学院自动化学院上海市电站自动化技术重点实验室，上海２０００９０）摘要：由于光伏电池的非线性和时滞性，模糊控制策略在ＭＰＰＴ控制中应用十分普遍。分析了传统模糊ＭＰＰＴ控制策略模糊控制器输入量的缺陷，提出一种新的改进模糊控制策略，即应用优化函数对传统输入量进行优化，使其更精确地进行模糊控制。最后还搭建了光伏发电系统仿真模型，对比传统模糊控制策略，所提改进型模糊在跟踪精度和响应速度

模糊PID在光伏发电系统MPPT中的应用

模糊PID在光伏发电系统MPPT中的应用
付丽君;刘树贤
【期刊名称】《沈阳理工大学学报》
【年(卷),期】2016(035)002
【摘要】分析了光伏电池的工作原理,建立其数学仿真模型,并分析了光伏阵列最大功率跟踪的原理以及在不同光照下的伏安特性,针对光伏电池输出的非线性及光照的随机性和不确定性等特点,结合模糊控制和PID控制各自的特点,设计了模糊PID 控制器,实现光伏电池的最大功率点跟踪.仿真结果表明,该控制器响应快、超调小、稳定性好,并且扰动下可稳定地跟踪光伏电池的最大功率点.
【总页数】6页(P48-53)
【作者】付丽君;刘树贤
【作者单位】沈阳理工大学信息科学与工程学院,沈阳110159;沈阳理工大学信息科学与工程学院,沈阳110159
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.非对称模糊PID控制在光伏发电MPPT中的应用 [J], 张超;何湘宁
2.模糊PID控制在光伏发电MPPT中的应用 [J], 黄克亚
3.神经网络模糊PID技术在光伏系统MPPT控制器中的应用 [J], 郑晓斌
4.改进型模糊PID控制在光伏系统MPPT中的应用 [J], 何鹏飞;吴雷
5.模糊PID应用于光伏发电MPPT的研究 [J], 苑薇薇;李延雄
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模糊神经网络在光伏发电MPPT中的应用

２．苏州大学电子信息学院，江苏苏州２５０）１０６摘要：研究光伏发电系统最大功率点跟踪（Ｐ问题，ＭＰＴ）由于存在随机性，且往往不够准确和充分，容易导致系统无法准确
跟踪或稳态剧烈震荡。针对传统的人工总结模糊控制规则有一定难度，出模糊神经网络控制算法，神经网络理论和Ｔ提将
—
ｓ模糊推理方法相结合，选择网格法作为生成算法，混合法作为训练方法，由实测数据自生成模糊控制规则，动并将其嵌
入模糊控制器当中去，以实现ＭＰＴ控制功能。仿真结果显示，Ｐ采用该方法生成模糊规则准确实用，系统动态性能和稳态性
能均十分优越。实验证明，模糊控制技术与人工神经网络法相结合实现光伏发电ＭＰＰＴ准确高效。关键词：最大功率点跟踪；模糊控制；人工神经网络；真仿
ＡＳＲＣＴ：ｉｐｐｒｉｕｓｏｍｘｕｏｅｐｉｔｒｋｎＭＰ）ｆｈｔｏａｏｅｅｅａｏｙ— ＢＴＡＩｔｓａｅ，ｓｅｆａｉｍｐｗｒｏａｉｇ（ＰＴｏＰｏｖｈｉｐｗｒｎｒｔｎｓｓｎｈｓｍｎｔｃｒｏｃｇｉ
ｔｍｅｅｄｓｕｓｄｅｗｒｉｃｓｅ．Ｃｕｒｎｌ，ｔｅｆｚｙｃｎｒｌｒｌｓｗｒｅｅａｌｕｒｅｔｙｈｕｚｏｔｕｅｅｅｇｎｒｌｓｍｍｅｐｂｈｒｆｉ．Ｈｏｅｅ，ｔｉｏｙｄｕｙｔｅａｔｃａｉ１ｉｗｖｒｈｓ
ｃｎｌｓｏｓｄｉｃｌ，ｒｎｏ，ｉｃｍｐｅｅａｄｎｄｅａｅ，ｗｈｃａｅｄｔｎａｃａｅｔａｉｇｒＳｅｄｙ — ｓａｅｏｃｕｉｎｉｆｕｔａｄｍｉｆｎｏｌｔｎｉａｑｕｔｉｈｍｙｌａｏｉｃｕｒｔｒｃｎｏｔａｔｔ

模糊控制在光伏MPPT方面的应用

三、基于模糊控制的MPPT控制法
1 先把采集到的信息模糊化 2 然后进行模糊决策，求得控制量的模糊集 3
去模糊化得出输出控制量，作用于被控对象，使被控过程达到预期的控制效果
光伏系统是一个非线性系统，很难用精确的数学模型描述；因此将模糊控制用于光伏系统的MPPT 控制是合适的。
最大功率点跟踪
●
因此，在光伏发电系统中，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)。
二、常用的MPPT控制方法介绍
恒电压控制法
MPPT 控制方法
二、常用的MPPT控制方法介绍 ----干扰观测法
干扰观测法的特点
该方法的优点是控制算法比较简单，对电量传感器精度要求不高。其缺点为需要始终判断对电压加以干扰的系统是否工作在最大功率点处。因此即使是在稳态时，系统工作电压也不能稳定在一个特定值上，不可避免地会造成一定功率损失。若扰动步长较大，则系统能较快搜寻到最大功率点处，动态响应较快，但会在最大功率点附近有较大波动，功率损失也较大；而若步长较小，相应的在最大功率点附近的波动较小，但系统搜寻最大功率点帮需要较长时间，动态响应较慢。跟踪步长的设定难以兼顾跟踪精度和响应速度，并且有时会出现判断错误现象。
模糊控制综合了直觉经验，具有不依赖被控对象的精确数学模型、鲁棒性强、响应速度快的特点，适用于难以建立数学模型的对象，
或对干扰十分严重的系统进行控制。
三、基于模糊控制的MPPT控制法
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，将传统 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。

模糊控制在光伏MPPT控制中的应用

ｗａｙ，ｉａｌｏｗｉｃｕｅａｗａｔｆｅｎｇｎｈｏｔｒｌｔｅｔｍｐｏｅ．Ｔｅｅｏｅ，ｔｉａｅ，ｂｓｄｏｔｓｌａｓｓｅｏｅｒｙａｄｔｅｃｓｅａｉｏｉｒｖｌｖｈｒｆｒｈｓｐｐｒａｅｎＢＯＯＳＴ
Ｓｔ补偿后的ＰＤ控制，ｍｉｈＩ虽然大大地抑制了超调量，
务。阳能由于其能源的无限性和清洁性是我们应该太
大力发展的。但是由于其初期投资成本较高而且光电转换效率较低致使其所占整体能源的比例很低。
［］３潘春月．基于ＤＭＣ算法的单晶炉热场温度控制系统
Ｋｎｎ５２７，ｉａｕｍｉｇ６０１Ｃｈｎ）
Ａｂｔａｔｆｔｅｐｗｅｕｐｔｏｈｔｖｌｉｅｌｏｌｃｎｒｌｄ，ｉｗｉｎｔｗｏｋａｈｘｍｕｐｉｔ，ｙｔｅｓｒｃ：Ｉｈｏｒｏｔｕｆｐｏｏｏｔｃｃｌｉｎｔａｓｓｗｅｌｏｔｏｌｅｔｌｏｒｔｅｍａｉｍｏｎｂｈｌｔ
ｃｒｕｔｓａｂｉｈｓｔｅｓｍｕａｉｉｉｃ，ｅｔｌｅｈｉｌｔｓｏｎｍｏｅｆｔｅＤＣｉｅｏｈｔｖｌｉｏｒｓｓｅ，ｂｄｐｉｇｆｚｙｃｎｒｌｄｌｏｈｓｄｆｐｏｏｏｔｃｐｗｅｙｔｍａｙａｏｔｕｚｏｔｏｎｓｒｔｇｔａｅｙ，ｒａｉｅｈｘｍｕｐｗｅｏｎｒｃｉｇｃｎｒ１ｅｌｓｔｅｍａｉｍｏｚｒｐｉｔｔａｋｎｏｔｏ．

糊控PID控制在区域气象站光伏MPPT中的应用

高新技术2017年7期︱27︱糊控PID 控制在区域气象站光伏MPPT 中的应用曹明1 任雍1 邱甘霖21.福建省大气探测技术保障中心，福建福州 3501082.福建省气象信息中心，福建福州 350108摘要：现行运行区域自动站中，有大量的野外站、高山站及海岛站。

介于环境因素限制，站点的供电主要来源于站点建设的光伏发电系统，即太阳能电板和蓄电池构成的光伏系统。

考虑到电池更换的麻烦及不便利性，利用MPPT 最大功率点跟踪法使得光伏电池始终工作在最大功率点处，提高光伏电池转换效率，对区域站点的平稳运行及日常维护大有裨益。

本文通过模糊PID 控制方法进行最大功率点（MPPT）跟踪。

关键词：模糊PID 控制；MPPT；光伏发电中图分类号：P415.1+2 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）07-0027-011 光伏电池输出特性从P-U 曲线以及I-U 曲线来看，光伏电池的输出，具有非线性，而且非常明显 [1]。

如果外界的各项条件正常，光伏电池在输出过程当中，其P-U 曲线极值点为最大功率，极值点左右，一边为单调递增曲线，另一边为单调递减曲线。

采用一定的控制方法，能够使光伏电池保持最良好的工作状态，提高光能向电能转换的效率，最大限度的从光能当中获取到电能。

当前这方面的技术，以最大功率点跟踪（MPPT）技术为主。

2 模糊PID 控制器的设计该控制器是由一个PID 控制器和一个模糊推理机构构成[2]。

它能够对偏差量e 和偏差变化量c e 进行快速、准确的分析，得出它们的方向和大小与变化趋势等，并通过模糊推理，来做出相关的决策，对p k 、i k 、d k 这三个PID 控制器参数，进行在线调节，从而适应控制系统参数变化以及其他相关的工作需求[3][4]。

2.1、输入输出变量的模糊化根据专家的相关经验，输入变量为光伏电池P-U 特性曲线上连续两点采样的连线的斜率值e 和斜率的变化率c e ，输出变量为工作点电压的校正量dU。

模糊控制在光伏发电最大功率点跟踪中的应用

（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００６８，Ｃｈｉｎａ；２ＦｏｓｈａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＢＰｏｗｅｒＧｒｉｄＣｏｍｐａｎｙ，Ｆｏｓｈａｎ５２８０００．Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｏｂｊｅｃｔａｃｃｕｒａｔｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄｒｕｌｅｓｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，ｆｕｚｚｙｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｍａｋｉｎｇａｎｄｒｅａｓｏｎｉｎｇ．Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆ
模糊控翩在光伏发电最大功率点跟踪中的应用
一。。
电工电气（２０１３Ｎｏ．１）
口
产品与应用０
模糊控制在光伏发电最大功率点跟踪中的应用
彭文丽，席自强，张佳
（１湖北工业大学电气与电子学院，湖北武汉４３００６８；
略的光伏系统动、稳态性能优良。
关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；模糊控制；Ｍａｔｌａｂ仿真中图分类号：ＴＭ６１５文献标识码：Ａ文章编号：１００７ — ３１７５（２０１３）０１ — ００２３ — ０４

基于模糊自适应PI控制的光伏发电MPPT

基于模糊自适应PI控制的光伏发电MPPT王玮茹【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2011(27)6【摘要】介绍了光伏发电过程中最大功率点跟踪(MPPT)原理,并简要分析了常规控制算法在最大功率跟踪控制中的优缺点,提出将模糊自适应PI控制算法应用到光伏系统最大功率点跟踪的控制中,该控制方法能快速响应外界环境的变化,获得系统最大功率点,且可以有效消除系统在最大功率点附近的振荡现象,提高系统的稳定性.仿真结果表明,该方法能使系统稳定地工作在最大功率点,并且控制精度高,能灵敏反应外界环境的变化.%This paper describes the principle of Maximum Power Point Tracking (MPPT) in the PV generation system, and briefly analyzes the advantages and disadvantages of the conventional control algorithm for MPPT. A novel adaptive fuzzy -PI control algorithm is introduced for MPPT of PV system. By using this control method, the PV system can track the maximum power point rapidly, and can eliminate the power oscillation around maximum power point effectively to improve the stability. Simulation results show that the proposed method can make the system run at the maximum power point steadily,have the high regulating accuracy, and have the ability to respond to affective changes in environment rapidly.【总页数】4页(P61-64)【作者】王玮茹【作者单位】华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,河北保定,071003【正文语种】中文【中图分类】TM615【相关文献】1.基于滑模控制的光伏发电MPPT控制 [J], 张涛;程帆;沈天骄;雷蕾;陈珉烁2.模糊自适应PID控制在光伏发电MPPT中的应用 [J], 韩伟;王建华3.基于非对称模糊PI控制的光伏发电MPPT研究 [J], 杨海柱;刘洁;曾志伟;姚君旺4.基于模糊控制的光伏发电MPPT控制方法 [J], 李天阳;苏秉华;张小凤;殷宁;苏禹5.基于变论域模糊控制的光伏发电MPPT控制 [J], 陈娟;吴亚;娄德成;冯雨馨;李冬梅因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于模糊控制的光伏发电系统MPPT设计

（７）
式中：（NB ）表示负大、（N S ）负小、（ZE ）零、（PS ）正小、
（PB ）正大。将输入、输出论域规定为－６～６。实际值的
变化不在规定范围内，可通过量化因子把它们分别划归到
模糊论域中［６］。
图２模糊控制下的隶属度函数
式中：Ｐ（ｎ）和Ｕ（ｎ）分别表示光伏阵列第ｎ次采样的输
出功率和电压值。输出量为ｎ点的占空比增量 d Ｄ。
４．２输入输出量模糊子集与论域确定
设计将输入功率偏差Ｅ和偏差斜率ＣＥ以及输出量
d Ｄ分别分成５个模糊子集，即：
Ｅ＝ＣＥ＝ d Ｄ｛NB ，N S ，ZE ，PS ，PB｝
１引言
能源和环保是目前人类关注的热点问题。为了缓解能源危机、保护生存环境，人类开始开发利用清洁、环保的可再生能源［１］。光伏发电是太阳能利用的一种主要形式，其特点是安全、环保、不枯竭。但由于光伏发电效率低、成本高，因此到目前为止没能广泛应用。为了提高光伏发电效率，国内外电光伏专家分别从对光伏阵列最大功率点的跟踪方法及采用高频链逆变器等方面进行深入研究。光伏阵列输出具有非线性特征，使光伏电池输出功率在一定的工况下存在最优点，并且随着光照和温度参数的改变，最优工作点也会随着改变。为了能一直获得最大输出功率，光伏发电系统必须进行最大功率点的跟踪（maximum
４．４模糊规则本设计根据功率偏差Ｅ，偏差斜率ＣＥ来决定当前输
出占空比的增量，通过分析光伏电池输出Ｐ‐Ｕ曲线，考虑其他外界因素影响，可以得到 M PP T 控制的规则如下［７］。

基于模糊策略的PID控制器在光伏MPPT中的应用

基于模糊策略的PID控制器在光伏MPPT中的应用
徐锋
【期刊名称】《电气传动》
【年(卷),期】2014(44)5
【摘要】介绍了光伏电池的输出特性和光伏发电系统MPPT控制的基本原理,分析了传统MPPT控制方法存在的缺陷,针对传统MPPT控制方法存在的不足,提出了一种基于模糊控制原理与PID控制相结合的占空比扰动法在两级式光伏逆变器并网系统的应用.通过Matlab/Simulink建模仿真,结果证明该方法对提高跟踪速度、减小MPP功率振荡和提高光伏系统的效率等方面具有一定优势,系统具有良好的动态和静态性能.
【总页数】5页(P53-57)
【作者】徐锋
【作者单位】台州职业技术学院自动化研究所,浙江台州318000
【正文语种】中文
【中图分类】TM914
【相关文献】
1.改进模糊控制策略在光伏发电MPPT中的应用 [J], 王亚楠;杨旭红;李浩然;冯成臣
2.基于变步长与非对称模糊的光伏MPPT控制策略 [J], 杨旭红;尹聪聪
3.基于模糊控制和功率预测的变步长扰动观察法在光伏发电系统MPPT控制中的应用 [J], 徐锋
4.基于改进模糊控制算法的光伏系统中MPPT控制策略 [J], 周宏飞;杨旭海;赵咪;耿智化;张茜
5.基于模糊最优梯度法的光伏MPPT控制策略研究 [J], 陈菲;刘亚琳;张莹文
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光伏发电MPPT的灰色模糊PID控制

光伏发电MPPT的灰色模糊PID控制连瑞娜;熊和金【摘要】The output characteristics of photovoltaic cells are analyzed. According to power-voltage curve of photovoltaic array, on the basis of the existing control algorithm, the gray fuzzy/PID dual-mode control is adopted; that is to say, when it far from the maximum power point because of the changes of external environment or the loads, the fuzzy control is used to track maximum power point(MPP) quickly. For the fuzzy control is the error-control, the fluctuation nearby the MPP is still exist, so when it is nearby MPP, we use PID control to eliminate the error to guarantee the accuracy and reduce energy loss, and the gray-prediction is applied to the MPPT. The simulation results show that the system has good dynamic and steady performances.%分析了光伏电池的输出特性.根据光伏电池的功率-电压曲线,在已有控制算法的基础上,采用灰色模糊/PID双模控制,即在外界环境或者负载发生变化,导致远离最大功率点时,采用模糊控制进行控制,使系统能够快速跟踪到最大功率点.由于模糊控制属于有差控制,在最大功率点附近仍然有震荡,造成一部分功率损失,所以当系统工作在最大功率点的附近时,采用PID控制,以达到一定的控制精度,减少功率的损失,并且将灰色预测应用到光伏发电系统最大功率点跟踪上.仿真结果验证,该控制方法动态、稳态特性良好.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(033)001【总页数】4页(P33-36)【关键词】光伏发电;最大功率点跟踪;灰色模糊PID;Matlab【作者】连瑞娜;熊和金【作者单位】武汉理工大学,自动化学院,武汉,430063;武汉理工大学,自动化学院,武汉,430063【正文语种】中文【中图分类】TP273为了充分、高效地利用太阳能,使太阳能尽可能多地输出转变能量,MPPT技术成了光伏发电的关键技术.MPPT控制通常采用DC/DC电路,通过采集光伏电池的输出电压和电流,计算出输出功率,结合控制算法,通过控制DC/DC电路的占空比来控制输出电压从而跟踪到最大功率点.已有的MPPT控制算法有恒定电压跟踪法(CVT)、扰动观测法(P&O)、增量导纳法(INC)等[1],目前国内通常采用CVT法,国外比较常用的有P&O法、INC法.其中CVT法控制简单,易于实现,但是忽略了温度对光伏电池开路电压的影响,所以并不能完全跟踪最大功率点;P&O方法,所需参数少、对传感器精度要求不高,但是其存在最大功率点有震荡,由于天气的变化存在跟踪速度及引起“误判”等问题,INC法虽然能克服“误判”现象,但其控制复杂,对传感器要求较高加上要借助于DSP,增加了费用[2].将灰色模糊/PID控制用于光伏发电的MPPT上,经过Matlab仿真验证其跟踪效果和品质更加良好.1 光伏电池特性光伏电池是一种非线性电源,随着外界环境的变化和负载的变化,其输出也发生变化,通常所用的太阳能电池组件是由许多电池单元串联或者并联起来获得所需要的电压和电流.其中负载电流开路电压光生电流式中,T、G分别为温度和光强,由光伏电池的数学模型可知,其输出电压和电流与温度和光照强度有关,图1为光伏电池在不同光照强度下的功率-电压曲线.图1 光伏电池P-U曲线从光伏电池的P-U特性曲线可知,P-U曲线是单峰曲线,光伏电池在一定的环境条件下只有一个最大功率点,在最大功率点右边输出功率随着输出电压的增大而增大,最大功率点左边则相反,并且最大功率点左右两端的ΔP/Δ U符号不同.2 灰色模糊PID控制的MPPT的实现模糊控制算法是根据人的经验得出的控制规则,不依赖于被控系统精确的数学模型,特别适用于非线性系统.光伏电池就是一种非线性电源,用模糊控制的方法能够解决环境变化时跟踪MPP的速度问题.本文控制原理参考P&O算法,根据图1的P-U 曲线判断距离MPP的远近,在远离最大功率点时采用模糊控制,接近最大功率点时采用PID控制,但是模糊控制是有差控制,在最大功率点仍然存在误差、震荡现象[3],引用PID控制能够有效减轻在最大功率点的震荡,解决跟踪精度问题.由于这些控制都属于事后控制,灰色控制根据已发生的行为特征量预测未发生的事件,属于超前控制、预测控制[4],并且用灰色预测模型的预测值与上一时刻光伏电池的输出值进行比较,比较结果作为模糊控制器或者PID控制器的输入,得出新的输出,灰色模糊PID 的控制原理如图2所示.图2 灰色模糊PID控制框图2.1 模糊控制器的设计2.1.1 确定输入输出量与模糊子集设模糊控制器为双输入单输出的二维控制器,其中输出为DC/DC电路的占空调整步长Δd,输入变量为式中,PV(k)和UV(k)分别指光伏电池第k时刻光伏电池的输出功率和电压,由光伏电池的P-U特性曲线可知,当e(k)=0时,说明光伏电池已工作在最大功率点[5].e(k),Δ e(k)都定义为8个模糊子集分别为{NB, NM,NS,NO,PO,PB,PM,PS},Δd定义为5个模糊子集为{NB,NS,ZO,PB,PS},并将e(k),Δ e(k),Δd的论域分别规定为{-1,1},{-0.5,0.5},{-0.1, 0.1}.2.1.2 确定模糊推理规则本文参考P&O算法原理,通过对P-U曲线的分析得出以下结论,即:(1)当e(k)＜0且Δe(k)＜0时,P从右侧远离Pmax;(2)当e(k)＜0且Δ e(k)＞0时,P从右侧向Pmax靠近;(3)当e(k)＞0且Δe(k)＜0时,P由左侧远离Pmax;(4)当e(k)＞0且Δ e(k)＞0时,P由左侧向Pmax靠近.根据以上4种情况,确定模糊控制器推理规则,使e(k)始终向零的方向靠近,从而使光伏电池工作在最大功率点.根据以上原理,并且遵循在远离最大功率点时采用较大步长,在最大功率点附近时采用较小步长的原则[6],得出模糊控制规则见表1.表1 模糊控制规则表Δe e NB NM NS NO PO PS PM PB NB NB NB NS NS PS PS PB PB NM NB NB NS NS PS PS PS PB NS NB NS NS ZO ZO PS PS PB NO NS NS NS ZO ZO ZO PS PS PO NS NS ZO ZO ZO ZO PS PS PS NS NS NS ZO ZO PS PS PB PM NB NB NB NS PS PS PS PB PB NB NB NB NS PS PS PB PB2.1.3 确定隶属函数选择常用的三角形作为隶属函数形状,e(k),Δe (k),Δd的隶属函数如图3所示.2.1.4 解模糊通过模糊推理得到的通常是一个模糊集合或者隶属函数,而实际控制中需要一个精确的单值,这个将模糊推理得到的模糊输出变换成精确输出的过程就是解模糊的过程,解模糊的方法有重心法、最大隶属度法、平均法、加权平均法等,在此所采用的解模糊方法是最大值平均法(MOM).MOM法具体为其中Z0为精确输出,Zm是输出隶属函数的最大值时相对应的论域中的第m个元素,M为这种元素的个数.至此光伏发电的MPPT模糊控制器设计完成.2.2 灰色预测的实现灰色系统是指信息部分明确部分不明确的系统,通常采用GM(1,1)单阶单变量模型对系统进行灰预测[7].根据传感器检测的光伏电池Uk-5,Uk-4,Uk-3, Uk-2,Uk-1时刻的输出电压预测Uk,将预测值作为实际输出,得出e(k),Δe(k)和ΔP/Δ U,通过模糊控制器/PID控制器实现控制.具体的预测过程如下.设传感器测得的光伏电池的输出电压列向量为对输出量的原始数据进行累加处理得其中根据U(0)和U(1)得到k+1步预测输出电压为其中式中,u为输出电压的预测值.3 仿真结果根据以上分析,采用Matlab/Simulink对系统进行仿真.其中DC/DC变换电路采用boost升压电路,模糊控制器、PID控制器的切换采用 User Defined Function中的逻辑判断函数根据ΔP/Δ U范围来进行切换[8],根据所选的光伏电池在标准测试条件(t= 25℃,G=1 000 W/m2)设置光伏电池参数:Pmax= 112W,Umax=36.2 V,Imax=3.05 A,Uocs=43.5 V, Iocs=3.28A,Kt=2.06mA/℃,KT=-0.77V/℃.当光照强度在0.25 s从800 W/m2突变到1 000 W/ m2时,仿真结果如图4所示.分析:根据仿真波形,可知在外界环境相对稳定的状态下,即工作于25℃,800 W/m2时,系统稳定的输出功率约为59.8W的功率,当在0.25s,光照突然由800W/m2跃变为1000W/m2时,输出功率基本稳定在最大功率点112 W附近.将灰色模糊PID 控制下的MPPT跟踪效果与模糊控制和模糊PID双模控制下跟踪的稳态误差和精度进行对比,见表2.表2 仿真结果控制方法输出平均功率/W跟踪的相对误差/%模糊控制 108.53.125模糊PID控制 111.6 0.357灰色模糊/PID控制 111.95 0.00454 结论采用灰色模糊/PID控制算法能使系统快速、稳定地响应外界环境的变化,从而减轻了最大功率点附近的震荡造成的功率损失,该控制算法,相对于光伏发电系统中MPPT的其他算法具有更好的动态和稳态性.参考文献:[1] 赵争鸣,刘建政,孙晓瑛,等.太阳能光伏发电及其应用[M].北京:科学出版社,2005.[2] 虞正琦.基于模糊控制的光伏发电系统MPPT技术研究[D].武汉:华中科技大学,2007.[3] 张超,何湘宁.非对称模糊 PID控制在光伏发电MPPT中的应用[J].电工技术报,2005,20(10):72-75.[4] 熊和金,徐华中.灰色控制[M].北京:国防工业出版社, 2005.[5] Katiraei F,Iravani R,Hatziargyriou N,et al.Microgrids Management[J].IEEE Power and Energy M agazine,2008,6(3):54-65.[6] Sera D,Kerekes T,Teodorescu R,et al.Improved MPPT Algorithms for Rapidly Changing Environmental Condition[C].12th International power Electronics and Motion Control Conference,2006:1614-1619.[7] 邹健.智能预测控制及应用研究[D].杭州:浙江大学, 2002.[8] Nicola Femia,Giovanni Petrone,Giovanni Spagnuolo. Optimization of Perturb and Observe Maximum Power Point Tracking Method[J].IEEE Trans on Power E-lectronics,2005,20(4):963-973.。

光伏发电系统最大功率跟踪非对称模糊控制概要

光伏发电系统最大功率追踪非对称模糊控制当前 , 世界范围内的能源危机和环境污染已成为困扰人类的大问题 , 追求代替传统能源的绿色、可重生能源被视为现代人类共同努力的目标。

太阳能光伏发电以其洁净、无污染的长处被日趋宽泛使用。

可是, 光伏电池的光电变换效率低、价钱昂贵且输出特征受环境要素的影响较大, 所以研究光伏电池的最大功率点追踪控制 , 以提升太阳能电池的利用率 , 在实质应用中拥有重要意义。

本课题主要研究了一种鉴于非对称模糊控制策略的最大功率点追踪控制方法 , 经过仿真切验剖析 , 考证了该方法的可行性 , 同时和一种改良扰动察看法进行了比较研究 , 进一步证明该方法的优胜性。

本文第一概括了课题的研究背景及意义 , 介绍了课题的主要研究内容。

接着从论述光伏电池的工作原理和推导其工程用数学模型下手 , 成立了光伏电池的 Matlab 仿真模型 , 仿真并剖析了其输出特征 , 考证了光伏电池模型的适用性。

在此基础上 , 论述了最大功率追踪的基来源理 , 比较剖析了几种常用最大功率追踪算法 , 总结了各算法的优弊端。

针对扰动察看法步长难确立的问题 , 提出了一种改良扰动察看法。

以后侧重依据光伏电池输出特征的非线性及非对称特征 , 引入非对称模糊控制的思想 , 文中要点设计了合适本系统的非对称模糊控制器。

在剖析常用直流斩波电路的基础上确立了 Boost 变换器作为本文最大功率追踪的主电路拓扑 , 详尽剖析了 Boost 变换器的工作原理 , 并设计了其主要参数 , 仿真考证了设计的正确性。

最后在光伏电池模型、 Boost 变换器模型及控制器设计的基础上在 Matlab/Simulink 环境里成立了光伏电池最大功率追踪的系统模型 , 仿真考证了鉴于非对称模糊控制策略的最大功率追踪控制方法的可行性 , 同时和改良扰动察看法的追踪成效进行比较研究 , 证了然该方法的优胜性。

同主题文章[1].将来的光伏电池能源 ' [J].技术与市场. 1997.(03)[2].王长贵, 于培诺 . 2003 年世界光伏电池产量 ' [J].太阳能. 2004.(04)[3].闵江威 , 段善旭 , 徐鹏威 , 刘飞 . 鉴于推挽电路的光伏电池最大功率点追踪系统 ' [J]. 通讯电源技术 . 2006.(02)[4].宋忠烈 .新兴的光伏电池' [J].福建轻纺. 1995.(08)[5].于培诺, 王长贵 . 2002 年世界光伏电池产量 ' [J].太阳能. 2003.(03)[6].徐鹏威 , 刘飞 , 刘邦银 , 段善旭 .几种光伏系统MPPT方法的剖析比较及改良 ' [J].电力电子技术. 2007.(05)[7].肖石 .光伏电池小知识' [J].中国建筑防水. 2009.(S1)[8].胡建明 .高效低耗的光伏电池' [J].可重生能源. 2005.(01)[9].郭廷杰 .日本光伏发电' [J].中国能源. 2001.(11)[10].赵宏 , 潘俊民 .鉴于Boost电路的光伏电池最大功率点追踪系统' [J]. 电力电子技术 . 2004.(03)【要点词有关文档搜寻】：检测技术与自动化妆置 ; 光伏发电 ; 最大功率点追踪 ; 非对称模糊控制 ; Boost 变换器 ; Matlab/Simulink 仿真【作者有关信息搜寻】：燕山大学 ;检测技术与自动化妆置;刘莉;张彦敏;。

非对称模糊PID控制在光伏发电MPPT中的应用

变的，为充分发挥光伏电池的功效需采用最大功率
点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）
第 20 卷第 10 期
张超等非对称模糊 PID 控制在光伏发电 MPPT 中的应用
73
电路，它起到光伏电池内阻与外部负载阻抗匹配的作用。最大功率点跟踪电路控制常采用固定电压法、固定电流法、扰动观察法及增加电导法等方法。固定电压、固定电流法虽然控制简单，但需额外的光伏器件获取控制所需的光伏器件开路电压或短路电流，增加了成本；由于采样用器件与受控器件特性、外界环境都有一定的差异，所以该方法控制精度差、光电转化效率低，仅用于小功率场合；扰动观察法和增加电导法是目前应用较多的两种方法，这两种方法转化效率高，但这两种方法中 MPPT 电路功率开关的占空比调节量∆d 为定值：当∆d 较大时最大功率跟踪速度快，但在最大功率点附近会出现较大的功率振荡；占空比调节量较小，最大功率点附近的功率振荡会显著减弱，但系统对外界环境变化的响应能力变差[1～3]，见图 1。文献[4, 5]把模糊控制应用到光伏发电的 MPPT 控制中，实验结果表明把模糊控制应用到最大功率跟踪控制系统能快速响应外部环境变化，并能减轻最大功率点附近的功率振荡，但光伏电池功率、电压曲线特性在最大功率点两侧完全不同，见图 2。而传统的模糊控制的隶属度函数及控制规则没有考虑光伏电池这一特点，因此在最大功率点附近还存在一定的功率波动，见图 3 所示。
针对最大功率点跟踪控制方法存在的问题及光伏电池的特点，本文把非对称模糊控制应用到光伏发电系统的最大功率点跟踪控制：在最大功率点两侧采用不同的模糊控制规则和隶属度函数以加快系统对外界环境变化的响应速度；为使输出功率更加平稳，当系统输出功率接近最大功率点时采用传统的 PID 控制。该方法在光伏电池所处环境发生变化时可快速跟踪最大功率点变化，使光伏系统始终输出最大功率，同时也有效消除了系统输出功率在最大功率点附近存在的振荡现象。该控制方法通过实验验证。

变结构模糊控制在光伏MPPT中的应用

不同光照强度和温度下的 P-V 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。
传统MMPT方法的缺陷
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 较大时，MPP 速度快，但在 MPP 附近会出现较大的功率振荡；当 △d 较小时，MPP 附近的功率振荡会减弱，但系统对外界环境变化的响应能力变差。
变结构模糊控制流程图
模糊控制器的输入量、输出量
为了使得控制系统能快速而准确地跟踪到 MPP，并在 MPP 处减少由于振荡而产生的功率损失，因此在不同区域的模糊控制器采用不同的输入变量，输出为 MPPT 电路中开关器件的 △d。区域 1，3 模糊控制器的输入变量分别为：
区域 2 模糊控制器的输入变量为：
变结构模糊控制
在光伏发电 MPPT 中的应用
背景介绍
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。在模糊控制 MPPT 的基础上，提出一种变结构模糊控制算法，可以得到较好的动态及稳态性能。
变结构模糊控制的由来

PID调节在光伏发电中的应用提高太阳能利用率

PID调节在光伏发电中的应用提高太阳能利用率光伏发电是一种利用太阳光的能源转化技术，能将太阳能转化为电能。

然而，在实际应用中，光伏发电系统会受到光照强度变化、温度变化以及阴影遮挡等因素的影响，导致系统效率下降。

为了提高太阳能的利用率，PID调节技术应运而生。

一、PID控制原理PID控制是一种经典的反馈控制方法，通过对系统的测量值、设定值以及误差进行综合处理，输出一个控制量来调节系统状态。

PID控制器由比例（P）、积分（I）以及微分（D）三个部分组成。

比例部分根据误差大小进行控制，积分部分根据误差的积累进行控制，微分部分根据误差的变化率进行控制。

PID控制器可以通过不断调整这三个参数来达到最佳控制效果。

二、PID调节在光伏发电中的应用1. 光照强度调节光照强度是光伏发电系统的关键因素之一，光照强度的变化会导致发电效率的波动。

PID调节可以根据光照强度的变化，自动调整光伏发电系统的工作状态，保持发电效率的稳定性。

当光照强度减弱时，PID 控制器可以自动增加发电系统的工作电压，提高输出功率。

反之，当光照强度增强时，PID控制器可以降低发电系统的工作电压，实现最佳的功率匹配。

2. 温度补偿温度是光伏发电系统的另一重要因素，温度的变化会导致光伏组件的特性参数发生变化，从而影响系统的发电效率。

PID调节可以根据温度变化对光伏发电系统进行自动补偿。

当温度升高时，光伏组件的电压会降低，此时PID控制器可以自动增加工作电流，以保持系统输出功率的稳定性。

反之，当温度下降时，PID控制器会相应减少工作电流，实现最佳的电流匹配。

3. 阴影遮挡补偿在光伏发电系统中，阴影遮挡是影响发电效率的重要因素之一。

当部分光伏组件受到阴影遮挡时，其输出功率会急剧下降。

PID调节可以通过监测光伏组件的输出功率，自动调整整个系统的工作状态，实现对阴影遮挡的补偿。

当发现有组件受到阴影遮挡时，PID控制器会自动降低该组件的工作电流，以避免整个系统功率损失过大。

模糊PID控制在光伏发电MPPT中的应用

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。

关键词最大功率点跟踪模糊控制PID控制IAbstractAbstractThe 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 still 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 the 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 that this method can quickly and accurately track the maximum power point of photovoltaic cells，avoid the oscillation in the maximum power point，and improve the energy conversion efficiency．Key words MPPT Fuzzy controlPID controlII第2章最大功率跟踪介绍目录摘要 (I)A BSTRACT............................................................................................................. I I 第1章绪论 .. (4)1.1题目背景 (4)第2章最大功率跟踪简介 (5)2.1MPP及MPPT介绍 (5)2.2光照强度和温度变化对MPP影响 (6)第3章常用的MPPT控制方法 (7)3.1干扰观测法 (7)3.1恒电压控制法 (8)第4章模糊PID控制 (11)4.1模糊控制器设计 (12)4.1.1确定输入输出量及模糊子集 (12)4.1.2隶属度函数的确立 (13)4.1.3 模糊控制规则制定 (15)4.1.4解模糊的确立 (16)结论 (18)参考文献 (19)3Abstract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。