專利名稱：光伏發電最大功率點跟蹤模糊pid控制方法
技術領域：
本發明涉及光伏發電系統輸出功率控制技術領域，特別涉及一種光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法。
背景技術：
隨著全球性能源危機和環境污染的日趨嚴重，有效、合理地利用現有限資源、保護環境已成為全球關注的焦點。太陽能光伏發電具有無污染、無噪聲、取之不盡、用之不竭等優點，成為新能源研究的熱點之一。然而太陽能光伏組件是非穩定電源，光照、溫度、負載 的改變均會引起光伏電池輸出功率變化，為有效利用太陽能需要對其進行最大功率點跟蹤(MPPT)。目前已知MPPT算法主要有固定電壓法、擾動觀察法、電導增量法、模糊控制法和神經網絡法等。固定電壓法簡單且容易實現，但忽略了溫度對開路電壓的影響，所以并不能完全跟蹤最大功率點。擾動觀察法和電導增量法同為MPPT經典算法，但擾動觀察法抗干擾能力較差，容易發生誤判現象，電導增量法控制復雜，對硬件要求高，需要高精度的A/D轉換器；兩種算法跟蹤步長設置大小都會影響系統的動態和穩態性能，且較難找到平衡點；這些特性都限制了兩種算法的應用。模糊控制不依賴于被控對象的數學模型，能夠根據功率變化幅度自動調整占空t匕，能有效提高系統隨外部環境變化的快速響應能力，并能一定程度上減少最大功率點附 近的振蕩。但是，模糊控制沒有積分環節，屬于有差控制，在最大功率點附近的振蕩仍然存在。為此，將傳統的PID控制引入到模糊控制當中，提出模糊/PID控制的雙模組合控制算法，兩種算法互為有益的補充，則可以實現了控制系統快速性和精確性的統一。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明所要解決的技術問題是提出一種基于占空比擾動的光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制算法，其基本方法是直接將Boost電路占空比作為控制變量，在模糊控制基礎上加入了傳統的PID控制，在大偏差范圍內采用模糊控制進行快速響應調整，在小偏差范圍內的精度調整采用常規PID控制，兩種算法通過閾值比較的方式進行切換。該方法實現了光伏發電系統最大功率點跟蹤精確性和快速性的兼備。為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案一種光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法，其特征在于，直接將Boost電路占空比作為控制變量，在模糊控制基礎上加入了傳統的PID控制，在大偏差范圍內采用模糊控制進行快速響應調整，在小偏差范圍內的精度調整采用常規PID控制，兩種算法通過閾值比較的方式進行切換。一種光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法，所述模糊控制器基于擾動觀察法的原理，根據功率值的變化量和前一時刻的占空比調整步長，來決定本時刻的占空比調整步長。
一種光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法，所述閾值比較切換為一個開關函數，其中kl、k2是設定的模糊控制器和PID控制器的轉換閾值，當滿足kl < dP/dD < k2時，采用PID控制，此外采用模糊控制。上述技術方案有如下有益效果該方案能迅速感知外界環境變化，快速跟蹤光伏電池最大功率點，具有良好的動態性能，同時引入的PID控制能有效消除最大功率點附近的振蕩現象，提高了系統穩定性，整個雙模控制實現了 MPPT精確性和快速性的兼備。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，并可以依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖I為本發明實施例模糊PID控制系統結構圖。 圖2為本發明實施例模糊控制器原理圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細介紹。如圖I所示，給出光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法結構示意圖，當系統工作時先根據當前功率值和占空比值來判斷其運行在哪個工作區，然后根據不同的工作區采取不同算法進行跟蹤控制。在大偏差范圍內采用模糊控制進行快速響應調整，在小偏差范圍內的精度調整采用常規PID控制。通過開關函數在兩種控制方式之間切換，圖中kl、k2是設定的模糊控制器和PID控制器的轉換閾值，當滿足kl < dP/dD < k2時，采用PID控制，此外采用模糊控制。基于擾動觀察法的原理，根據功率值的變化量和前一時刻的占空比調整步長，來決定本時刻的占空比調整步長。取目標函數為光伏電池的輸出功率，控制量為用來控制開關管的PWM信號的占空比D。圖2為模糊控制原理框圖，模糊自尋優控制器的第n時刻的輸入量為第n時刻的功率變化量E (n)和第n-1時刻的占空比步長值S (n_l)，第n時刻的輸出量為第n時刻的占空比步長值S(n)。Ke、Ka為量化因子，負責將功率變化量e(n)和占空比步長s (n)的實際值量化映射到模糊集合論域E (n)和S (n)。將語言變量E，S分別定義為8個和6個模糊子集，其中S (n-1)和S(n)變量子集和論域相同，統一將其命名為S。E = {NB, NM，NS, NO, PO, PS, PM, PB}S= {NB, NM，NS, PS, PM, PB}其中NB、NM、NS、NO、PO、PS、PM、PB分別表示負大，負中，負小，負0，正0，正小，正中，正大模糊概念。并將它們論域規定為14個和12個等級，即 E = {_6，_5，~4, _3，~2, _1，_0，+0，+1，+2，+3，+4，+5，+6}S = {_6，_5，~4, _3，~2, _1，+1，+2，+3，+4，+5，+6}模糊控制隸屬函數的確定，根據光伏發電系統的特點，選擇三角形狀作為隸屬度函數的形狀，并且曲線距離原點越近，曲線越陡，表明其分辨率越高；距離原點越遠，曲線越緩，表明其分辨率越低。
模糊決策表的確定，根據光伏系統輸出功率P與占空比D之間的特性曲線分析，可以得到如下原則若輸出功率增加，則繼續向原來步長調整方向，否則取相反的方向；離最大功率點較遠處，采用較大步長以加快跟蹤速度，最大功率點附近，采用較小的步長，減少搜索損失；當溫度、光照強度等因素發生變化導致光伏系統功率發生較大變化時，系統能迅速作出反應。根據上述原則，應用IF E(n)AND S(n-1)THEN S(n)模糊規則，最后得到模糊規則表。解模糊方法確立，通過模糊推理得到的通常是一個模糊集合或者隸屬函數，而實際控制中需要一個精確的控制量，將模糊推理得到的模糊輸出變換成精確輸出的過程就是解模糊過程，解模糊的方法有重心法、最大隸屬度法、平均法、加權平均法等，此處選用具有較高精度的重心法。常規PID控制，光伏系統MPPT采用模糊控制具有較佳的響應速度和自適應性，但 是由于光伏系統和模糊控制的特點，若僅采用模糊控制算法，則系統很難穩定在最大功率點上，嚴重時甚至發生振蕩，具有較大的能量損失。為了解決此問題，在模糊控制的基礎引入傳統的PID控制。以上對本發明實施例所提供的一種光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法進行了詳細介紹，對于本領域的一般技術人員，依據本發明實施例的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對發明的限制，凡依本發明設計思想所做的任何改變都在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法，其特征在于，直接將Boost電路占空比作為控制變量，在模糊控制基礎上加入了傳統的PID控制，在大偏差范圍內采用模糊控制進行快速響應調整，在小偏差范圍內的精度調整采用常規PID控制，兩種算法通過閾值比較的方式進行切換。
2.根據權利要求I所述的一種光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法，其特征在于，所述模糊控制器基于擾動觀察法的原理，根據功率值的變化量和前一時刻的占空比調整步長，來決定本時刻的占空比調整步長。
3.根據權利要求I所述的一種光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法，其特征在于，所述閾值比較切換為一個開關函數，其中kp k2是設定的模糊控制器和PID控制器的轉換閾值，當滿足& < dP/dD < k2時，采用PID控制，此外采用模糊控制。
全文摘要
本發明公開了一種基于占空比擾動的光伏發電最大功率點跟蹤模糊PID控制方法，其基本方法是直接將Boost電路占空比作為控制變量，在模糊控制基礎上加入了傳統的PID控制，在大偏差范圍內采用模糊控制進行快速響應調整，在小偏差范圍內的精度調整采用常規PID控制，兩種算法通過閾值比較的方式進行切換。該方法實現了光伏發電系統最大功率點跟蹤精確性和快速性的兼備。
文檔編號G05F1/67GK102799208SQ20121025184
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月20日 優先權日2012年7月20日
發明者黃克亞 申請人:黃克亞