基于模糊算法的光伏最大功率點追蹤研究

曹瀚天，楊發友，朱良毅，張靖

（1.云南水利水電職業學院，云南 昆明 650400；2.云南省滇中引水工程建設管理局昆明分局，云南 昆明 650051）

隨著經濟的飛速發展，人們對能源的需求也在增加。面對諸如不可再生能源和全球變暖等日益嚴重的環境污染問題，迫切需要具有穩定性和可持續發展的可再生能源，這引起了全人類的關注。用諸如風能，波能和太陽能等能源來解決這些問題可能是正確的解決方案。輸出功率光伏電池的數量不僅受內在因素影響，而且還與光強度，環境溫度和連接的負載有關。

光伏發電系統最大限度地提高光電轉換效率是整個光伏發電系統的關鍵。現有研究中的恒定電壓方法易于實施且性能可靠。然而，環境溫度和光伏電池溫度的變化將導致最大功率點處的電壓偏移。文獻[6]中給出的攝動和觀察方法，要測量的參數較少，在這種情況下，控制系統的構造簡單且可控算法很容易實現。由于擾動是連續的，因此光伏電池的工作點始終會在最大功率附近變化，這會導致一定的功率損耗。

1 光伏發電系統建模

I ph(t)為光生電流，I (t)為光伏發電系統的輸出電流，V (t)為輸出電壓，R S為并聯電阻，R P為串聯電阻。光伏發電系統電路結構如圖1所示。

圖1 光伏發電系統電路結構

目前，光伏發電系統數學模型可表示為：

其中，V(t)、I(t)分別為式（1）的光伏輸出電壓和光伏輸出電流；VOC(t)、ISC(t)分別為式（1）的開路電壓和短路電流；V m(t) 、I m(t)分別為式（1）的最大電壓和最大電流。S ref為光強參考值；T ref為溫度參考值；T(t)、S(t)分別為任意溫度和光強；b、a分別為電流和電壓變化下的溫度系數。

2 基于模糊算法的最大功率點追蹤算法

根據占空比擾動觀測法的原理，將模糊控制器的結構設置為二維模糊控制器。在模糊MPPT算法中，應分別將N和N-1時刻光伏電池輸出功率的D值e（n）以及N-1時刻的占空比值a（n-1）用作兩個模糊控制器的輸入語言變量和N時刻的占空比圖形a（n）應當用作模糊控制器的輸出語言變量。

3 仿真分析

本次仿真實驗中，光照強度按照階躍變化，在t=0s時，光強為600w/m2，t=0.4s時，光強為200 w/m2。本文所提改進P&O作用下的仿真波形分別如圖2所示。

圖2 模糊MPPT

如圖所示，本文所提算法具有優良特性。

4 結語

為了提高光伏電池的轉換效率并使其在最大功率點工作，本文對光伏發電系統的輸出特性進行了建模分析。提出了一種基于占空比攝動的模糊控制策略。占空比被視為唯一控制。根據輸出功率變化的幅度，占空比自適應調整。仿真實驗結果表明，將模糊控制策略應用于光伏發電系統的MPPT控制是可行的，具有良好的控制效果。