[發明專利]太陽能最大功率點追蹤所用模糊控制器及方法

無效

• 申請號: 201210166945.1
• 申請日: 2012-05-25
• 公開（公告）號: CN102707619A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 吳歡;莊書琴
• 申請（專利權）人: 深圳市中興昆騰有限公司
• 主分類號: G05B13/02
• 分類號: G05B13/02
• 代理公司: 廣東廣和律師事務所 44298
• 代理人: 劉敏

技術領域

本發明涉及太陽能電池的最大功率點跟蹤方法，特別設計一種基于模糊控制的太陽能電池的最大功率點跟蹤方法（MPPT）。

背景技術

隨著經濟全球化進程的不斷加速和工業經濟的迅猛發展，世界范圍內的能源短缺和環境污染已成為制約人類社會可持續發展的兩大重要因素，大力發展可替代能源已成為當務之急，太陽能發電作為一種新的電能生產方式，有無污染、無噪音、可循環利用等優點，有廣闊的發展空間和應用前景。

太陽能發電主要是利用太陽能電池組件以及太陽能逆變器來實現。由于太陽能電池組件獨特的工作特性，其輸出功率是所受日照強度、器件內部結溫的非線性函數。在外部環境穩定的情況下，太陽能電池組件存在唯一的最大功率輸出點，因此就需要我們在太陽能逆變器中使用一定的控制算法來實現最大功率點跟蹤（Maximum?Power?Point?Tracking，MPPT），不論外界條件如何變化，都要實時調整太陽能電池組件的工作電壓使之工作在最大功率點附近。

目前已有的幾種經典的最大功率點跟蹤方法：一是恒電壓跟蹤法，這種方法是事先設定一個固定的最大功率點工作電壓，當外界環境發生變化時，仍控制太陽能電池組件工作在這一電壓處，這種方法跟蹤精度差，也不能根據天氣變化情況實時跟蹤導致大量能量損失。二是擾動觀測法，這種方法是以一定的步長擾動太陽能組件的輸出電壓，并根據擾動前后輸出功率的大小來判斷下一次擾動的方向，這種方法不能兼顧快速跟蹤和減小穩態功率損失，并且可能造成直流母線電壓崩潰。三是導納增量法，該方法是通過判斷dI/dV=-I/V是否成立確定太陽能電池組件是否工作在最大功率點處，這種方法跟蹤的精度較高，能夠有效減小穩態時能量的損失，但是這種方法的硬件成本較高，而且計算較為復雜。

發明內容

本發明針對背景技術中現有最大功率點跟蹤方法應用中所存在的問題，提出了一種基于模糊控制的最大功率點跟蹤方法以及最大功率點追蹤所用模糊控制器，該方法以太陽能電池組件的工作特性為依據，結合模糊控制對于難以精確描述系統的優良控制效果的優點，能夠達到快速跟蹤、減小穩態能量損失、防止母線電壓崩潰的效果。

本發明所述的應用于太陽能發電系統中基于模糊控制的最大功率點跟蹤方法包括步驟：每間隔一中斷周期對太陽能電池組件的輸出電壓以及輸出電流進行采樣得到采樣電壓以及采樣電流；根據當前采樣得到的采樣電壓以及采樣電流計算太陽能電池組件當前的輸出功率；根據當前的輸出功率、采樣電壓以及采樣電流計算模糊控制器的輸入變量和輸入變量的變化量；根據輸入變量以及輸入變量的變化量計算擾動的步長；在當前的參考電壓的基礎上相應的增加該步長。

本發明所述的一種太陽能最大功率點追蹤所用模糊控制器，與太陽能發電系統連接，用于跟蹤太陽能發電系統的最大功率點并對太陽能發電系統輸出的電壓進行調整，該太陽能發電系統包括太陽能電池組件，其特征在于，該太陽能最大功率點追蹤所用模糊控制器包括：采樣模塊、計算模塊、步長確定模塊以及調整模塊。采樣模塊用于每間隔一中斷周期采樣太陽能電池組件輸出的電壓以及電流從而產生多個采樣電壓以及多個采樣電流。計算模塊用于根據采樣模塊當前采樣得到的采樣電壓以及采樣電流計算太陽能電池組件當前的輸出功率，并根據該輸出功率、當前采樣得到的采樣電壓以及采樣電流計算模糊控制器的輸入變量和輸入變量的變化量。步長確定模塊用于根據該輸入變量以及輸入變量的變化量確定擾動的步長。調整模塊用于在當前參考電壓的基礎上相應的增加該步長。

本發明所述方法最大的優點在于：在不增加硬件成本的基礎上，即能夠實現快速跟蹤，又能夠減少穩態時功率損失，防止母線電壓崩潰，增加系統的可靠性和穩定性。該方法以太陽能電池組件的工作特性為依據，根據外界天氣變化情況對太陽能電池組件輸出功率的影響，通過模糊控制算法實時計算擾動的方向以及步長，當天氣變化劇烈，以較大的步長進行擾動實現快速跟蹤；穩態時，以較小的步長進行擾動，使太陽能電池組件工作在最大功率點附近減小功率損失。

附圖說明

圖1是在光照強度相同溫度不同條件下的功率-電壓曲線圖。

圖2是在溫度相同光照強度不同條件下的功率-電壓曲線圖。

圖3是本發明較佳實施方式中太陽能最大功率點追蹤所用模糊控制器的模塊示意圖。

圖4是輸入、輸出變量的模糊化曲線示意圖。

圖5是模糊規則表的示意圖。

圖6是本發明較佳實施方式實施中最大功率點追蹤方法的流程圖。

具體實施方式