農田光伏供電裝置的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽能供電系統技術領域，是一種農田光伏供電裝置的控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著我國農業現代化的快速發展，各種田間測試設備越來越多，為了更好的對大 田間的各項數據進行測試和傳輸，就需要選擇一種方便高效的野外電源系統，由于太陽能 發電具有便利、清潔、無污染等特點，已成為大田測試設備供電的主要選擇。但是太陽能光 伏電池在不同溫度和光照作用下，其輸出功率呈非線性變化，不能始終工作在最大功率點 處；同時，現有的控制器采用的控制算法都存在著最大功率點附近擾動較大、受環境影響較 大、魯棒性較差等問題。因此，亟需提供一種高效、快速、穩定性高的控制方式，以提高整個 太陽能光伏供電系統的供電效率。
【發明內容】
[0003] 本發明提供了一種農田光伏供電裝置的控制方法，克服了上述現有技術之不足， 其能有效解決現有控制器存在的最大功率點附近擾動較大、受環境影響較大、魯棒性較差 的問題。
[0004] 本發明的技術方案是通過以下措施來實現的：一種農田光伏供電裝置的控制方 法，農田光伏供電裝置包括農田光伏供電裝置本體、采集模塊和模糊自尋優控制器，采集模 塊包括能夠采集農田光伏供電裝置本體輸出電壓的電壓傳感器、能夠采集農田光伏供電裝 置本體輸出電流的電流傳感器，采集模塊的輸出端與模糊自尋優控制器的輸入端電連接， 模糊自尋優控制器的輸出端與農田光伏供電裝置本體的控制端電連接，其中，模糊自尋優 控制器的控制方法按照下述步驟執行：
[0005] 第一步，通過電壓傳感器采集采集農田光伏供電裝置本體的輸出電壓，通過電流 傳感器采集農田光伏供電裝置本體的輸出電流；
[0006] 第二步，通過輸出電壓和輸出電流，計算出第η時刻輸出功率與第n-1時刻輸出功 率之差的實際值e(n);
[0007] 第三步，按照公式E(n)=e(n)XKe，求出E(n);
[0008] 第四步，提取第11-1時刻步長的實際值&(11-1)，按照公式4(11-1)= &(11-1)\1((&-1)，求出A(n-l);
[0009] 第五步，根據E(n)和A(n-l)，對照自尋優規則表得出A(n)，自尋優規則表如下：
[0011] 第六步，根據公式a(n)=A(n) XK(a)，求出第η時刻步長的實際值a(n);
[0012] 第七步，根據公式D(n)=D(n-l)+a(n)，求出第η時刻的占空比步長D(n);
[0013] 第八步，模糊自尋優控制器將第η時刻的占空比步長D(n)指令輸出至農田光伏供 電裝置本體的控制端；
[0014] 其中，
[0015] e(n)為第n時刻輸出功率與第n-1時刻輸出功率之差的實際值；
[0016] E(n)為經模糊量化后的功率差值；
[0017] Ke、K(a_l)、K(a)分別為量化因子；
[0018] a(n-l)為第n-Ι時刻步長的實際值，A(n-l)為這個步長值對應于模糊集論域中的 值；
[0019 ] a (η)為第η時刻步長的實際值，Α( η)表示這個步長值對應于模糊集論域中的值； [0020] D(n)為控制量，即第η時刻的占空比步長；
[0021 ] D(n_l)為第n-Ι時刻給出的占空比；
[0022] 自尋優規則表中^(11) = {咄，匪，吧，腸，？0，？5，？]\^8}4(11-1) = {咄，匪，吧，？5， PM，PB}，NB為負大、匪為負中、NS為負小、NO為負零、PO為正零、PS為正小、PM為正中、PB為正 大。
[0023] 下面是對上述發明技術方案的進一步優化或/和改進：
[0024] 上述農田光伏供電裝置本體包括光伏組件、第一電路、第二電路，第一電路的左端 與光伏組件的第一極電連接，第二電路的左端與光伏組件的第二極電連接，第一電路與第 二電路之間由左至右依次并聯有第一電容、場效應晶體管、第二電容、負載，第一電容與場 效應晶體管之間的第一電路上串聯有電感，場效應晶體管與第二電容之間的第一電路上串 聯有二極管，電壓傳感器并聯在第一電路和第二電路之間；電流傳感器通過第三電路連接 在第二電容與負載之間的第一電路上；電壓傳感器的輸出端、電流傳感器的輸出端分別與 模糊自尋優控制器的輸入端電連接;模糊自尋優控制器的輸出端經過脈沖寬度調制器連接 至場效應晶體管。
[0025]上述第三電路上串聯有LC低通濾波器。
[0026]本發明結構合理而緊湊，使用方便，其將模糊自尋優算法應用到農田光伏供電裝 置的最大功率跟蹤控制中，根據功率值的變化量和前一時刻的占空比調整步長，來決定這 一時刻的占空比調整步長;本發明提供了一種尚效、快速、穩定性尚的控制方式，可以提尚 整個農田光伏供電裝置的供電效率;解決了光伏電池 P-U輸出特性曲線在最大功率點兩側 完全不同，常規模糊控制的隸屬度函數及控制規則較難考慮光伏電池這一特點，在最大功 率點附近會存在功率波動，影響控制精度和農田光伏供電裝置的穩定性的問題，具有安全、 省力、簡便、高效的特點。
【附圖說明】
[0027]附圖1為本發明最佳實施例中模糊自尋優控制器的控制方法的邏輯框圖。
[0028]附圖2為本發明最佳實施例中農田光伏供電裝置的結構框圖。
[0029]附圖3為本發明最佳實施例的仿真結果圖。
[0030]附圖4為本發明與傳統模糊控制法控制功率輸出的對比試驗仿真結果圖。
[0031 ]附圖中的編碼分別為：1為采集模塊，2為模糊自尋優控制器，3為光伏組件，4為第 一電路，5為第二電路，6為二極管，7為脈沖寬度調制器，8為LC低通濾波器。
【具體實施方式】
[0032]本發明不受下述實施例的限制，可根據本發明的技術方案與實際情況來確定具體 的實施方式。
[0033]下面結合實施例及附圖對本發明作進一步描述：
[0034] 如附圖1、2所示，該農田光伏供電裝置的控制方法中，農田光伏供電裝置包括農田 光伏供電裝置本體、采集模塊1和模糊自尋優控制器2,采集模塊1包括能夠采集農田光伏供 電裝置本體輸出電壓的電壓傳感器、能夠采集農田光伏供電裝置本體輸出電流的電流傳感 器，采集模塊1的輸出端與模糊自尋優控制器2的輸入端電連接，模糊自尋優控制器2的輸出 端與農田光伏供電裝置本體的控制端電連接，其中，模糊自尋優控制器2的控制方法按照下 述步驟執行：
[0035]第一步，通過電壓傳感器采集采集農田光伏供電裝置本體的輸出電壓，通過電流 傳感器采集農田光伏供電裝置本體的輸出電流；
[0036] 第二步，通過輸出電壓和輸出電流，計算出第η時刻輸出功率與第n-1時刻輸出功 率之差的實際值e(n);
[0037] 第三步，按照公式E(n)=e(n) XKe，求出E(n);
[0038] 第四步，提取第n_l時刻步長的實際值a(n_l)，按照公式A(n_l) =a(n_l) X K(a_ 1)，求出A(n-l);
[0039]第五步，根據E(n)和A(n-l)，對照自尋優規則表得出A(n)，自尋優規則表如表一所 示：
[0040]表一：
[0042] 第六步，根據公式a(n)=A(n) XK(a)，求出第η時刻步長的實際值a(n);
[0043] 第七步，根據公式D(n)=D(n_l)+a(n)，求出第η時刻的占空比步長D(n);
[0044] 第八步，模糊自尋優控制器2將第η時刻的占空比步長D(n)指令輸出至農田光伏供 電裝置本體的控制端；
[0045] 其中，
[0046] e(n)為第η時刻輸出功率與第n-1時刻輸出功率之差的實際值；
[0047] E(n)為經模糊量化后的功率差值；
[0048] Ke、K(a_l)、K(a)分別為量化因子；
[0049] a(n-l)為第n-1時刻步長的實際值，A(n-l)為這個步長值對應于模糊集論域中的 值；
[0050] a (η)為第η時刻步長的實際值，Α( η)表示這個步長值對應于模糊集論域中的值；
[0051] D(n)為控制量，即第η時刻的占空比步長；
[0052] D(n_l)為第n-1時刻給出的占空比；
[0053] 自尋優規則表中^(11) = {呢，匪，吧小0，？0，？5，？]\^8}4(11-1) = {呢，匪，吧，？5， PM，PB}，NB為負大、匪為負中、NS為負小、NO為負零、PO為正零、PS為正小、PM為正中、PB為正 大。
[0054] 本發明根據功率值的變化量和前一時刻的占空比調整步長，來決定這一時刻的占 空比調整步長，模糊自尋優控制器2的第η時刻的輸入量為第η時刻的功率變化量和第n-1時 刻的占空比步長值，第η時刻的輸出量為第η時刻的占空比步長，占空比調整算法為D(n)=D (n_l)+a(n)〇
[0055] 為了保證輸出功率變化自尋優過程的穩定性，本文加入了一個停步環節，若由于 外界溫度、光照強度干擾使功率出現較大波動時，暫停搜索，以避免出現誤動作。
[0056] 在輸入參數中，e(n)表示第η時刻與第n-1時刻輸出功率之差的實際值，E(n)表示 這個差值對應于模糊集論域中的值，量化后的值真實反映功率的變化，根據多次試驗，針對 小型的農田光伏供電裝置設定一個初始的步長值。e(n)的大小決定本次輸出功率的尋優步 長大小，e (η)的符號決定本次輸出功率的尋優步長的符號。a(n_l)表不第n-1時刻步長的實 際值，A(n-1)表示這個步長值對應于模糊集論域中的值。
[0057] 在輸出參數中，a(n)表示第η時刻步長的實際值，A(n)表示這個步長值對應于模糊 集論域中的值。<