基于模糊控制的光伏發電MPPT的研究

王杰　孫昌旭　馬文飛　蔣博偉

【摘 要】根據光伏電池的特性分析，建立光伏發電系統。將模糊控制應用到光伏發電MPPT中，能對光伏發電系統的最大功率進行快速準確的跟蹤。通過對模糊控制的光伏發電MPPT問題的研究，在Matlab/Simulink中建立基于模糊控制的光伏發電MPPT仿真模型，仿真結果表明，該模型的響應速度和跟蹤精度都比較好。

【關鍵詞】光伏系統；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

隨著環境和能源問題的日益突出，清潔能源太陽能越來越受重視。然而一些影響因素導致光伏發電輸出功率不穩定，因此對光伏最大功率的跟蹤顯得重要。光伏最大功率跟蹤（MPPT）技術，即通過跟蹤輸出功率的最大點，來對實時的工作點進行調整。目前常用的MPPT方法有：擾動觀察法（P&O）、電導增量法、恒定電壓法、占空比擾動法和最優梯度法等。模糊控制作為一種模仿人類思維的控制技術，由于它具有抗干擾能力強，不依賴被控過程數學模型，魯棒性強，因此用于光伏MPPT控制十分合適。本文將介紹一種基于模糊控制的光伏發電MPPT方法。通過在Matlab/Simulink中建立基于模糊控制的光伏發電MPPT仿真模型，實驗證明，該模型響應速度較快，跟蹤精度較高。

1 光伏電池的原理及構建

光伏發電的主要原理是半導體的光電效應，由特定半導體構成光伏電池在受到外界光照的情況下，吸收光能后內部半導體P-N結構中的載流子濃度和分布狀態發生改變。空穴從P極區向N極區移動，電子從N極區向P極區移動，形成電流，在連通外部負載后，就會輸出電能。根據太陽電池數學模型可在Matlab/Simulink下建立光伏發電系統的仿真模型。

2 模糊控制器

在Matlab軟件中的命令窗口輸入fuzzy按Enter鍵，會彈出一個FIS Editor窗口，在FIS Editor中新建一個Mamdani型控制器，然后依次輸入隸屬度函數與模糊規則。選擇的隸屬度函數圖形不同，會產生不同的控制效果，本系統的模糊控制器的隸屬函數圖形選擇三角形隸屬度函數圖形。模糊規則表所表達的信息是：IF E is x，and Ec is y，then U is z。根據特定的誤差和誤差變化的情況下對輸出值進行調整。這種根據規則表來進行判斷的模糊邏輯方法就是查表法。根據不同的控制量的模糊值，可以對不同系統制定特定模糊規則表。一般不會建立一個系統的精確數學模型，而是將文中所描述的控制策略通過模糊化的方式，轉化成對模糊值的精確控制。由模糊規則生成對應輸出量的模糊值，通過解模糊后可以獲得精確的控制量。在模糊控制編輯器中，模糊決策選擇成熟的Mamdani推理算法，“Or method”方法設置為max，“And method”方法設置為min，“Implication”設置為min，“Aggregation”方法設置為max，解模糊方法設置具有較高精度的重心法Centroid。完成之后會生成一個.fis文件，然后在Fuzzy Logic Controller中將.fis文件導入工作空間。

3 基于模糊控制的MPPT仿真結果分析

根據上面的分析理解，在Matlab/Simulink中建立如圖1所示的仿真模型。

設置仿真參數：仿真時間5s，系統初始工作條件是光照強度，溫度是15℃，并使系統在2.5s時溫度由15℃變化到30℃，仿真結果如圖2（a）所示；系統溫度保持30℃不變，在2.5s時光照強度由變到，仿真結果如圖2（b）所示。

4 結論

本文介紹了光伏發電的一些原理，討論了模糊控制的控制規則，并建立基于模糊控制的光伏發電MPPT的仿真模型，仿真結果表明采用該方法能夠找到光伏發電系統最大功率點，當環境發生改變時，該系統能快速響應，表現出良好的穩態性與動態性。

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[責任編輯：朱麗娜]endprint