基于模糊控制的光伏电池MPPT的设计

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    随着全球能源紧张问题的日益严重,再生能源正得到越来越广泛的应用。近年来,光伏能源以其具有无污染,可长期使用等优点,得到了很大的发展。一般光伏系统都希望光伏电池阵列在同样日照、温度的条件下输出尽可能多的电能,即在理论上和实践上提出了光伏电池阵列的最大功率点跟踪(Maximum Power。Point Tracking,MPPT)问题。光伏并网发电系统中由于阵列的功率等级一般较大,因此MPPT问题显得尤为重要。故利用智能控制方法上的智能性、自适应性来对非线性的太阳能光伏发电系统进行控制,无疑是一个很好的选择。

    1 光伏电池的最大功率点
        从图l中可以看出,在一定的光照强度与温度下,光伏电池输出曲线上都可以找到一个最大的功率输出点Pm,如果可以使光伏电池时工作在最大功率点,就可以极大地提升光伏电池的效率,故应寻找其最大功率点,即寻优。

    2 MPPT控制的原理与设计
        MPPT控制的原理实质上是一个动态自寻优过程,通过对光伏电池当前输出电压与电流的检测,得到当前电池输出功率,将其与前一时刻功率相比较,然后根据功率与占空比的关系,改变占空比,使其向最大功率点不断靠近,如此反复,直至达到最大点附近的一个极小区域内。当外界光照强度与温度发生明显改变时,系统会进行再次寻优。
        从图2可知,改变脉宽调制信号(Pulse Width Modulation,PWM)的占空比D,实质上是改变了光伏电池的负载。也即使光伏电池的输出功率点发生改变,从而达到寻找最大功率点的目的。

        光伏电池的负载RL与负载R和占空比D的关系式为:
        RL=R/D
        MPPT控制器通过调整PWwM信号的占空比D,来改变光伏电池的负载,从而实现阻抗匹配的功能。因而,占空比D的大小决定了光伏电池输出功率P的大小,一般光伏逆变器的P-D关系如图3所示。

        国内外的一些光伏发电系统对光伏电池的最大功率跟踪控制,一般提出过多种方法,如定电压跟踪法、扰动观察法、功率回授法和增量电导法等,这些算法的不足在于:未说清从一个最大功率点怎样跟踪到下一个最大功率点;计算量很大,实现较困难;控制精度差,受外在影响大。本文提出的设计方案进行最大功率点跟踪,可弥补以上不足之处。

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