光伏阵列最大功率点跟踪.doc

二一二 届学生毕业论文（设计） 存档编号： 毕业论文(设计)论文题目 光伏阵列最大功率点跟踪 （英 文）Maximum power point tracing in photovoltaic system 学 院 物理与信息工程学院 专 业 测控技术与仪器 姓 名 周豪 学 号 200807202110 指导教师 周荣政 2012年 5 月 20号摘 要随着世界各国经济社会的发展，绿色可持续利用的能源得到越来越多国家的重视，太阳能因为其独特的优势而得到世界各国的广泛青睐。但是因为广泛发电的核心光伏电池受外界环境因素影响较大，其次，光伏电池的光电转换效率普遍较低且价格昂贵，再者光伏发电系统的前期投入较大，为了提高太阳能的普及面，提高效率减少材料所造成的污染问题，必须对光伏发电系统加以有效的控制。本论文着重对光伏阵列常用的几种的最大功率点跟踪控制技术进行了简要的理论分析，并建立了MATLAB 仿真模型，通过实验验证比较相应的控制策略的优缺点。首先，本文简要的对光伏电池的电气特性进行了分析，建立了光伏电池的仿真模型。同时，对常用的最大功率点跟踪（MPPT）方法：导纳增量法（Incremental Conductance）、扰动观测法（P&O）进行了简要的分析，在实验的基础上并提出了改进的方法：通过模糊控制实现占空比跟踪的方法。总结这些方法各自优缺点，在实际应用中应根据具体环境选择合适的跟踪方法。然后，本文对光伏发电系统进行了简要分析，光伏发电系统主要核心模块包括光伏阵列、电力电子变换器、储能系统和负载等。本位分析重点侧重光伏电池和最大功率点跟踪，系统其它部分简要提及。 关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；爬山法；电导增量法；模糊控制；MATLAB/SIMULINK仿真；ABSTRACTWith the green and renewable energy be widely used, solar energy is accepted commonly because of its unusual advantages. But the output of photo voltaic (PV) array is influenced by the environmental factors, and PV array have relatively low conversion efficiency and is expensive. In order to reduce the overall system cost and extract the maximum possible solar energy, we should control the PV system effectively. This paper focuses on MPPT control techniques of PV array, analyses the theory particularly, establishes simulation model with MATLAB software, presents control strategies relevantly, and validated by experimental results.Firstly, this paper analyses the electrical characteristics of PV cell and establishes simulation model, and also analyses commonly used MPPT methods, such as Incremental Conductance method、P&O method. And then presents three improved methods: Open Circuit method、Optimal Gradient method、Three-Point Weight Comparison method. These methods each has his strong point and can be used in different field.Secondly, this paper analyses the composing of the PV system. It is composed by PV array、power electronics converters、power storage system and loads. Keywords:Photo voltaic cell；MPPT；P&Q ,；Incremental Conductance method,；Fuzzy controller；MATLAB/SIMULINK. 目 录摘 要（中文）.I （英文）.II第一章 概述111 研究背景112 研究背景及发展现状113 研究内容214 实现的方法及预期目标215 本文的主要内容及章节概述2第二章 光伏电池特性的研究421 光伏电池的工作原理42.1.1 P-N结简介42.1.2 光伏电池的工作原理422 光伏电池的电气特性5221 光伏电池输出特性方程5222 光伏电池模组与阵列723光伏电池的仿真实现8231仿真原理与模型8232 光伏电池的特性分析924 小结12第三章 最大功率点跟踪算法的研究1331 光伏系统的最大功率点跟踪1332 常用的最大功率点跟踪算法14321 爬山法(PO）14322 爬山法仿真结果及其分析17323导纳增量（Incremental Conductance）法18324导纳法仿真结果及其分析2033 优缺点分析21331爬山法分析21332导纳法分析2134 小结22第四章 自适应占空比扰动模糊控制法2341 模糊控制的基本原理2342模糊控制规则库的建立2343模糊控制算法23431查表法23432软件模糊推理法24433 解析公式法2444 自适应占空比法24441 自适应占空比扰动模糊控制法24442 算法的思路2545小结26第五章 总结与展望.2851总结2852展望28参考文献3032第1章 绪论1.1 本文的研究目的和意义1.1.1研究目的在目前所有可再生绿色能源中，太阳能公认是利用最灵活，最可行的一种能源，面对着能源危机，研发成本的的限制等问题、如何最大化的利用太阳能光伏发电系统发的电具有深远的意义。要保证光伏发电系统的高效运行，需快速准确地进行最大功率点跟踪(MPPT)，目前很多常用最大功率点跟踪方法都存在一定缺陷，从而导致光伏系统的功率较低，为此本文研究了几种常见的光伏阵列最大功率点跟踪的各种方法，比较其各自的优缺点，为选取跟踪方法提供理论依据。1.1.2研究意义能源是国民经济发展的命脉，是人民生活所必须的产物，其在现代工业生产、社会生活中占有重要地位。有专家曾预言21世纪将是能源战争的年代，随着化石能源（石油，煤炭）的逐步消耗，能源危机已展现在全人类面前，太阳能作为一种巨量的可再生能源，开发和利用丰富的太阳能可以缓解目前的能源危机。面对能源危机，当前世界各国都在新能源的开发方面投入巨大的人力、物力、财力，其中以太阳能开发利用投入最大，当今世界正围绕太阳能展开了一场科技革命。虽然太阳能发电还没有真正进入普及阶段，但它的发展是一个必然的趋势，因为它的优点很多。首先，太阳能是可再生能源，取之不尽，用之不竭；其次，太阳能是一种清洁绿色的能源，对环境无污染，适宜大力普及。1.2 光伏阵列最大功率点跟踪研究的背景及其发展现状随着全球经济的发展，能源问题日益严重，越来越多的国家关注新能源的利用，随着常规能源（石油，煤炭）的消耗量日益增大，生态环境问题日益严重，迫使世界各国必须寻找一种新型的可持续利用能源代替传统能源6。太阳能,风能，地热能已经得到了广泛的认同，而在这其中，太阳能毫无疑问处于突出的位置，世界各国都投入巨大的人力，物力，财力争相发展这一清洁能源，它们的利用方向涵盖发电，取暖，供水等各领域。在某些领域，太阳能的利用已日渐成熟，甚至进入实用阶段。当太阳能的利用普及面的增加，摆在我们面前很现实的问题是如何提高太阳能的利用效率，由于太阳能的初期投入很大，要想得到价值的同等回报，提高系统效率势在必行。这就是本文的出发点。当前制约太阳能发展的因素主要有两点： （1）初期投入较大；（2）太阳能光伏电池的转换效率低，目前我们较多使用的光伏电池效率普遍在15%左右，即使世界上较先进的光伏电池只有在较特殊的实验条件下的效率也仅为40%左右6，因此光伏电池最大功率跟踪就十分重要，长期以来本课题也是学术界研究的热点。1.3 本文主要的研究内容光伏电池输出的最大功率岁外界的条件变化而变化，影响最大功率点的主要因素是温度和光强的随机变化。为了使系统能随外部条件的变化而自我调节，从而达到提高光伏阵列输出最大功率的目的，采取的措施是实时跟踪阵列的最大功率点。本文以独立的光伏发电系统为研究对象，利用MATLAB为工具。通过仿真比较目前常用的跟踪方法的各自特点。为在不同环境下选取跟踪方法提供理论依据。1.4 实现方法及预期目标本文采用理论结合实际的方法，先简要分析光伏系统的组成，各模块的工作原理，然后利用仿真软件对系统参数，实时曲线进行模拟得到实验数据，分析实验数据，验证理论的合理性。具体步骤如下：（1）建立太阳能电池物理模型，分析计算电特性。在MALTAB环境下建立动态仿真模型该模型具有最大功率点跟踪的功能，改变各种参数，比较各种算法。（2）分析光伏电池的输出特性利用MATLAB建立光伏电池模型奠定最大功率点跟踪的基础，分析各种最大功率点跟踪方法的优缺点。1.5 本文主要章节概述本文基于MATLAB环境下对光伏阵列的最大功率点跟踪，以便阵列在外部环境不断变化的情况下仍能保证系统以最大功率输出。论文的主要内容及安排如下： 第一章 本章在广泛阅读当前太阳能最新技术文献的基础上介绍太阳能发电的现状、前景以及目前制约太阳能普及的因素，简要介绍本文的研究的背景，目的，方法以及预期的目标。 第二章 本章节着重介绍太阳能技术的核心部件光伏电池。在科学技术飞速发展的今天，光伏电池的更新换代也更加快速。简要介绍了光伏电池的特点及分类依据，在了解光伏电池工作原理的基础上介绍它的输出特性。通过改变温度，光强的外界因素模拟仿真其输出的变化，得到影响其工作的最主要因素。第三章 本章在了解光伏电池基本电气特性的基础上介绍光伏阵列最大功率点跟踪的常用方法（爬山法、导纳增量法），通过设置参数，利用MTLAB实现仿真，经过示波器观察波形，得到基本的实验结论，从而比较两者各自的优缺点。第四章 本章节主要介绍模糊控制器的基本原理，简单介绍了3种常用的模糊控制方法：查表法、软件模拟推理、公式解析法。分别推理了它们的算法。另外还介绍了一种改进的最大功率点跟踪方法-自适应占空比模糊控制法，简述了改进的依据，方法，优点。将模糊逻辑控制应用于光伏电池最大功率点的跟踪不仅跟踪迅速，而且到达最大功率点后基本没有波动，即具有良好的动、稳态性能自适应占空比。第五章 总结本论文所获得基本结论，同时指出文章存在的不足。展望了未来太阳能的发展前景以及将来太阳能技术的发展趋势。第二章 光伏电池特性的研究作为能直接将太阳能转换为电能的光伏电池越来越受到人们的重视，其在光伏发电系统中占有重要地位。其特点包括：重量轻，寿命长，使用方便，能抗击各种振动，其在各种电池中是污染最小，市场前景最好的电池。因此本文首先简要介绍光伏电池的电气特性。 光伏电池多采用半导体材料。随着科学技术的发展，光伏电池的种类已相当繁多，但无论采用何种材料生产光伏电池，它们的共同特点是：材料的禁带不能太宽；要有较高的光电转换效率；材料本身对环境不造成巨大的污染；材料适合大规模的生产，最重要的是要有较强的稳定性4。21 光伏电池的工作原理光伏发电的核心要解决的是怎样将太阳能转换为电能。光伏电池就是这一核心部件，它的原理是利用半导体的光伏效应（光照使不均匀半导体或半导体与金属结合的不同部位之间产生电位差的现象）制成的，它是一种能将太阳能辐射能直接转换成电能的转换器件。由若干个光伏电池封装成光伏电池组件，再根据需要将若将若干个组件合成一定规模的光伏阵列，配套使用储能、测量、控制等装置，即构成光伏发电系统。2.1.1 P-N结简介 当今社会多数电子产品都是由介于导体和绝缘体之间的半导体材料制成，首先我们有必要介绍一下半导体材料及P-N结的基本原理。现在大多数半导体材料为硅晶体，当掺入三价元素杂质时，因缺少一个电子，在晶体中便产生一个空穴，同理当掺入五价的元素时便多了一个电子。当P型半导体与N型半导体结合后，在其交界处便出现了电子和空穴的溶洞的差别，电子从N区向P区扩散，空穴从P区向N区扩散，由于电子空穴都是带电的着用就在空间电荷区形成了一个内电场，势垒电场的又对多数载流子（N区的电子和P区的空穴）的扩散运动起阻碍作用。进入P区的电子和进入N区的空穴在内建电场的作用下，带负电的电子受到被拉回N区的力作用，带正电的空穴则受到被拉回到P区的力作用。这种载流子在势垒电场作用下的运动成为漂移运动。漂移流正好和上述交界面的扩散流方向相反。扩散运动和漂移运动共存，在一定的温度和光照下，这两种作用相互矛盾又相互联系的统一在一个整体内，最后达到平衡，这就是P-N结的形成过程。光伏电池正是利用了光激发少数载流子通过P-N结而发电的。 2.1.2 光伏电池的工作原理光伏电池的基本原理就是利用半导体材料的光伏效应。在无光照的条件下，PN结内部形成内部电场，当光照在PN结附近时，当光子能量hvE时在结区附近就产生少数载流子（电子，空穴对）这些载流子在结区外考扩散进入结区，在结区内在电场的作用下，电子漂移到N区，空穴漂移到P区。使得N区带负电荷，P区带正电荷，就产生了附加电动势，这就是光伏效应。 图 2.1 光伏电池的工作原理22 光伏电池的电气特性221 光伏电池输出特性方程 光伏电池在原理上等效为一个二极管4，其等效电路如图2.2所示。图2.2光伏电池等效电路图根据基尔霍夫电流定律可得光伏电池的输出特性方程： （2-1） （2-2） （2-3）其中公式中的参量代表的具体意义详见表2.1。通常情况下讨论实际等效电路时，是在忽略Rs或Rsh的影响下进行电路分析，从上述公式中我们可以发现：电阻Rs越大，短路电流会越小，但不会对开路电压造成大的影响；电阻Rsh越大，开路电压会变小，但不会对短路电流造成大的影响。同时，我们可以发现输出电流对输出功率的影响程度较大，加上影响开路电压的因素除了Rsh外还有流过二极管的电流值，因此R是影响光伏发电比较重要因素。因此，在后面的讨论中我们将忽略Rsh，从而可以得到简化的光伏电池输出特性方程如下： （2-4）表21光伏电池等效模型参数解析符号描述单位数值I光伏电池输出电流AV光伏电池输出电压VIOS光伏电池暗饱和电流AT光伏电池表面温度KK波尔兹曼常数J/K1.381023Q单位电荷C1.61019K1短路电流的温度系数A/K日照强调W/mISC标况下光伏电池短路电流AILG光电流AEGO半导体材料的禁带宽度JA.B理想因子，一般介于1和2之间Tr参考温度K301.18IorTr下的暗饱和电流ARsh光伏电池的并联等效电阻Rs光伏电池的串联等效电阻222 光伏电池与光伏阵列的组成关系光伏电池组(Module)是由许多小单位的光伏电池经由并联或串联组合所组成的10。；电池并联组合可以提高太阳能发电系统的最高输出直流电流。而电池串联组合的特点是可以提高太阳能发电系统的最高输出直流电压因此，合理的对电池串、并联交替组合可以得到期望的直流电压或电流。我们可以得到光伏电池模组的输出特性方程： （2-5）上式中,np、ns分别代表模组中并联、串联光伏电池的个数。同理，光伏阵列是由许多小单位的模组通过并联或串联组合而成的。表22 Siemens SP75在标准测试条件下的参数电气特性规格额定输出最大功率Pmax75（W）额定电流Im17（A）额定电压Vm4.4（V)短路电流Isc21.7(A)开路电压Voc4.8(A)短路电流温度系数2.06(mA/C）开路电压温度系数-0.77（V/C)NOCT(NOrmal OPerating Cell TemPerature)452(C）本文将以德国Siemens公司生产的SP75型号的光伏电池为例子简要讨论光伏电池的特性，表2.2列出了该型号模组的各项参数。它由36个单结晶矽光伏电池串联而成，根据公式（2-5），得到该型号光伏电池模组的输出特性方程： （2-6）考虑温度和太阳辐射影响时： （2-7）其中： （2-7） （2-7） （2-10）得到上式后用SIMULINK对该光伏电池模组进行仿真，并对仿真结果进行简要的分析。23光伏电池的仿真实现231仿真原理与模型在公式（2-6）中有C1、C2,下面对这两个未知量分别进行讨论5，分别建立模型。1，求解未知量C1其中 （2-11）按公式（2-7）可以创建C1的子模块图2.3子模块C1模型图2，求解未知量C2其中 （2-12）按公式（2-8）可以创建C2的子模块图2.4子模块C2模型图得到上式两个未知量后，根据公式（2-6）即可实现该型号5光伏电池模组的建模，如图2.5。采用V、T、作为输入，I、P(输出功率P=IV)作为输出。输入变量V在030V之问，模拟温度T=25、日照强度A在2001250W，得到光伏电池模组的，I-V、P-V关系如图2.6；模拟温度T在20l00、日照强度=750W时，电池模组的I-V、P-V的关系如图2.7。232 光伏电池的特性分析光伏电池是利用太阳能发电，因此其必然会受到外界因素的影响。其中最主要的因素是温度、光强4。 从上面的仿真结果可对光伏电池的特性进行简要的分析。分析结果如下：从图2.6可以看出，当温度不变，光强变大，光伏电池模组的开路电压不变，短路电流增大，导致输出功率变大。而且，从P一V曲线图可以得出，最大输出功率点几乎落在同一根垂直线的两旁的附近处。结论是当温度一定时，光伏电池输出电压保持恒定且为在某一光强下相应于最大功率点处的电压，则不管日照量如何变化，光伏电池可大致保持在该温度下的最大功率输出。 从图2.7可以看出，当光强一定时，温度增加，光伏电池开路电压会下降，短路电流略有上升，输出功率减小。而且，从P-V曲线图可以看出，对应于温度的变化，最大功率点几乎成线性变化。温度的上升，会造成光伏电池输出功率的减小，因此外界温度环境会直接影响到光伏电池的工作效率。图2.5光伏电池模型圈2.6在大气温度固定(25)，不同日照强度下，光伏模组对日照量变化的特性曲线图：(a)光伏模组的输出电流与输出电压的关系图；(b)光伏模组的输出功率与输出电压的关系图。（a）（b）图2.7在日照强度固定(750W)，不同大气温度下，光伏模组对温度变化的特性曲线图：(a)光伏模组的输出电流与输出电压的关系图；(b)光伏模组的输出功率与输出电压的关系图（a）（b）从上面得到的已知的实验图形我们可以得出，光伏电池的特性具有明显的非线性，即：光伏电池的输出功率取决于电池的端电压、外界因素（温度，光照强度）。比较它们的曲线变化我们可以观察到，随着太阳照射强度的增大，光伏组件的短路电流增加，同时最大输出功率也增加。另一方面，同时通过比较我们可以发现，随着工作温度的升高，光伏电池的短路电流增加而最大输出功率减小。24 小结太阳能由于其独特的利用价值。利用光伏电池将太阳能转换为电能。而光伏电池的输出受到电池表面温度、光强等外界环境因素的影响，但输出的非线性使系统必须做出改进。为了最大化的利用太阳能，必须保证一定的转换效率，克服外界因素的改变对系统的影响，我们采用最大功率点跟踪的方法从而减少能源上的浪费8。当前有很多点跟踪的方法，它们各有优缺，如何根据具体环境具体选取跟踪方法，这是本文下一章研究的重点。第三章 最大功率点跟踪算法的研究由于太阳能发电具有安全、环保、可持续性等优越性，越来越来受到人们的重视，毫无疑问，其在未来的电力系统中占有不可比拟的地位。在上一章中提出影响光伏发电效率的最大因素是外界环境的变化，温度和光强的变化都可以导致输出特性发生较大的变化。同时，光伏电池具有转换效率较低、成本昂贵，初期投入较大等客观问题的存在。因此，提高光伏发电的转换效率是必然趋势，解决的途径之一是在光伏电池与负载间加最大功率点跟踪装置，保证实时跟踪最大功率点3。下面本文将介绍最大功率点跟踪的基本原理及两种常用的跟踪方法。31 光伏系统的最大功率点跟踪由上一章的分析可以得到在一定的温度和光强条件下的输出特性，如图31所示，(a)光伏电池的输出电流与输出电压关系图；(b)光伏电池的输出功率与输出电压关系图。图 3.1（a） 光伏电池I-V关系图图3.1（b）光伏电池P-V关系图 从上图中可以看出：在给点的温度和光强条件下，光伏系统具有唯一的最大功率点，高效利用太阳能的前提是尽量是系统充分保持在最大功率点下工作，但是在外界环境因素非常规变化时，最大功率点也会随之改变，更加不确定的是在不同地区环境各不相同，不解决好这一问题，将极大限制太阳能的广泛普及。因此，在设计系统时应充分考虑最大功率点的跟踪问题，根据实时的外部环境，都能保持系统的自适应性。 另一方面我们可以由图发现，负载对最大功率的影响，这启发我们可以通过负载的改变来适应外部环境因素的变化，找到合适的负载使系统工作在最大功率点处。最大功率点工作的基本思想就是寻找负载匹配的过程。32 常用的最大功率点跟踪算法目前常用的光伏电池最大功率点跟踪算法已相当繁多，随着科学技术的进步，必将产生更多更先进的方法，由于本人能力及文章篇幅所限，不便赘述，本文只是基于前人的研究成果简要较少两种简单常用的方法，分别为爬山法和导纳法10。下文将就这两种最大功率点跟踪算法分别说明其工作原理，并比较各自的优缺点。321 爬山法(PO）由于爬山法独特的特点（结构简单，需测量的参数较少）使其成为目前使用频率较高的跟踪方法。其基本原理概括的说就是通过改变输出电压，给其一个小的电压分量，通过电压分量来寻找功率的改变方向，如果功率增大，继续增加该电压分量，如果功率减小，则改变增量方向。通过与未加增量前的功率的比较找到功率变化的方向。 图3.2 扰动观察法跟踪情况示意图图3.2具体说明了这个寻找最大功率点过程，假设起始工作点在V1，此时的功率为P1，然后给一个电压增量V，设V2=V1+V，V2点的功率为P2，比较P1P2的大小，由图知P2大于P1，及功率是增大的，继续赋予增量V，到达P3，同理功率继续增大，当继续赋予增量时功率到达P4，功率值变小，说明最大功率点在P3P4之间，重复进行赋予增量的步骤，只到找到最大功率点。图3.3为扰动法的控制流程图。图3.3 爬山法的控制流程图根据第二章光伏电池模型并根据流程图可以画出爬山法的模型：图3.4 爬山法模型图3.5 PWM电路模型图对于爬山法我们可以通过简单的模块来实现其算法，如图3.6 PWM模块基于占空比为升压式变换器产生脉冲信号。其中,零阶保持器的采样周期与MPPT仿真模块周期相同,取在0.01- 0.001之间。可从示波器观测仿真结果。图3.6 MPPT算法模块通过给定温度20，光照通过time模块设定在6001000之间进行扰动变化，通过搭建boos电路来直接实现扰动法的算法【2】。其中通过PWM脉冲调试来改变电压，实现波动。322 爬山法仿真結果及其分析采用变步长的ode23tb(stiff/TR-BDF2) 仿真,最小步长与最大步长自动调节,相对误差允许范围为110- 3 ,绝对误差范围为自动调节。从0秒开始仿真,仿真时间设为0.1秒。同时,最大功率点跟踪控制模块的采样周期与脉宽调制模块的采样周期相同,都取为0.001。太阳能光伏阵输入日照取100W /m2 ,电池温度为在254。设置好各模块仿真参数后,即可开始仿真。光伏阵输出与负载电阻输入的电压、功率和电流仿真曲线如图3.7所示。该系统采用干扰观测法,实现了对太阳能电池最大功率点的准确跟踪。图3.7扰动法波形323导纳增量（Incremental Conductance）法导纳增量法的基本思想是基于在光伏阵列的PV曲线中，在最大功率点处其斜率为零，而P =VI，因此： （3-1）即： （3-2）式（3-2）即为达到最大功率点的条件。如果： （3-3）则光伏电池组件当前的工作点在最大功率点的右边，此时应减小输出电压；如果： (3-4)则光伏电池组件当前的工作点在最大功率点的左边，此时应增大输出电压。在上式中dI表示增量前后测量到的电流差值，dV表示增量前后测量到的电压差值。因此，只要符合公式(32)要求时，则表示已达到最大功率点，即不进行下一次扰动。如果不符合则继续扰动。图38为应用导纳法来实现最大功率点跟踪的控制流程图。图3.8导纳法控制流程图根据上一章光伏电池模型及图3.8可以建立导纳法的光伏模型：图3.9导纳法模型图导纳增量法的数学依据是在最大功率点处功率对电压的导数为04。由于P-V曲线为一单峰曲线，因此采用导纳增量法进行最大功率跟踪时并无原理性误差，为一个较理想的MPPT跟踪方法。由于导数的运算是采用差分近似的方法，因此在最大功率跟踪中所产生的误差是由于控制算法中近似计算所产生的，可通过采用数值微分的三点计算公式来计算导数，提高导数的计算精度来提高系统的跟踪精度。324导纳法仿真结果及其分析图3.10导纳法输出功率波形图从图3.10可以清晰的看出功率的突变点，证明该模型真正实现了最大功率跟踪。其中s-function最大功率跟踪算法在附录中，这种算法相对而言是现在最常用也是比较简单的。33 优缺点分析 331爬山法分析采用扰动观测法P&O的优点：1) 控制思路简单，实现较为方便；2) 可实现最大功率点的动态跟踪，提高系统的利用效率。采用扰动观测法 P&O 的缺点：不能准确找到最大功率点，只能在最大功率点附近振荡运行。 采用扰动法不可避免的是能量的损失。该方法不能准确的找到最大功率点，只能在其附近振荡，振荡就会耗费能量，当外界环境剧变时，损失会更大。因此，在使用此方法时扰动幅度需做合理的选择。332导纳法分析采用导纳增量法的优点：1) 控制效果好；2) 控制稳定度高，能准确快速的找到最大功率点，与系统的其他组件参数无关。能独立的进行设定。采用导纳增量法的缺点：1) 控制算法较复杂，对控制系统本身的要求较高；2) 控制电压初始化参数对系统启动过程中的跟踪性能有较大影响，若设置不当则可能产生较大的功率损失。爬山法和导纳增量法的基本思想比较一致。不同的是数学判断式和推理方法的区别。在具体选择时应根据具体设计要求和气候环境因素要判断。34 小结关于最大功率点跟踪的研究已快速发展，本文只是粗略介绍了两种方法，写出了它们的原理，参数仿真，得到的基本结论。当然也存在许多瑕疵，随着时代的发展，关于这两种方法的改进策略必定应运而生。 第四章 自适应占空比扰动模糊控制法41 模糊控制的基本原理模糊控制器是模糊控制系统最核心的环节11，是它不同于其它控制器的主要器件。如图3.1所示是模糊控制器的主要模块。图中所示的是最简单的一种模糊控制器，也是其他复杂控制器的基本框架。图4.1模糊控制器42模糊控制规则库的建立模糊控制规则库的建立核心是确定语言控制规则。规则的建立要根据输出量和控制精度的要求而定，需要明确的是：随着规则数目的提高，模糊控制的质量就会下降。当前常用的模糊控制规则有四种生成方法：经验法、根据过程的模糊性生成规则、根据手工操作系统的观察生成控制规则、根据学习算法生成控制规则。比较常用和简单的是前三种方法，但控制精度较差，第四种方法较复杂，同时其控制精度是最高的，目前这种方法还未完全成熟。43模糊控制算法431查表法查表法是应用最广泛的模糊控制算法。其特点是简单，快速，易学，它将控制规则和算法都以表格的形式列举出来，方便查找。下图是输入量e、ec及输出量u的函数赋值表，如表4-3。如此对一组实际输入的e、ec根据控制表就可以查出控制量u来。但是当实际应用中要改变控制规则或函数算法时，表格的数据就需重新计算，这是限制查表法的主要因素。表4-1输入量E、EC的隶属函数赋值表-2-1012NB1.00.5000Z00.510.50PB0000.51表4-2模糊控制规则表NBZPBNBPBPBZZPBZNBPBZNBNB表4-3控制表-2-1012-222210-12210-10210-1-2110-1-2-220-1-2-2-2432软件模糊推理法这种方法的实现更可行，模糊控制的算法完全用软件实现。输入量的模糊化、模糊推理、模糊决策的过程全部在线操作。目前已有多种实现该功能的软件，具体实现步骤如下:(1)定义参量（输入量、输出量的模糊子集和相应的函数）；(2)定义规则（模糊控制规则）；(3)采集输入量，并进行模糊化;(4)从控制规则表中找出相应的规则，通过计算求出控制输出量U的模糊集；(5)用“最大隶属度法”或“加权平均判决法”求出实际的u。这种方法的优点是灵活，通用，但是在进行复杂运算时，计算机速度较慢，不适宜对控制要求较高的场合。433 解析公式法有些文献资料也将模糊控制中的控制规则用解析式描述，通常一般表达式为： (4-1)其中:a为修正因子，取值在0和l之间，其中最简单的算法控制规则为: （4-2）根据被控对象的不同还可采用如下表达式： (4-3)表示一个与X同号，而绝对值大于X的最小整数。这种方法简单易行，实时性强，但a的取值需要根据系统的具体情况而选定。44 自适应占空比法441 自适应占空比扰动模糊控制法通过上文的研究我发现可以在常规的爬山法的基础上提出一种自适应占空比扰动模糊控制的MPPT控制算法7。常规的爬山法的原理是给输出电压一个扰动（电压增量），通过计算功率的大小变化，找到功率的改变方向，然而其最大的缺点就是存在动态响应和稳态精度达不到协调的矛盾,自适应占空比扰动模糊控制法就可以很好的解决上述矛盾7。442 算法的思路图4.2 光伏电池P-V曲线如图4-2所示，首先将图分为三个区域、，明显区斜率为正值，区斜率为负值，最大功率点处斜率为零。当光伏电池工作点在、两区域时,在实际系统中根据斜率确定其电压扰动值V,当K值确定后可以大致确定V,的大小，在、两区域中K值较大，且VA VB，可以适当加一个较大的V；当工作在区域时，K值较小，因此，应加一个较小的V；快速找到电压扰动值间接上就是提高了最大功率点工作的速度。图4-3为在MATLAB/SIMULINK环境下建立的自适应占空比扰动模糊控制的仿真模型。图4.3占空比模糊控制模型由图可以看出，算法MPPT模块，其输入为PV输出电压与电流，其输出为boost电路占空比的参考电压。考虑到在大多数情况下，光伏电池经过boost电路后将对蓄电池充电或者连接到逆变器的直流侧，在相对较小的系统采样时间内，boost电路的输出电压变化很小，可视为恒定，故其负载在最大功