模糊控制在光伏最大功率追踪预测中的应用与研究

论文摘要

光伏发电具有无污染、无噪音、取之不尽、用之不竭等优点,在未来供电系统中将占有重要地位。光伏电池的输出特性受外界环境影响很大,主要影响因素为电池表面温度和日照强度。由于光伏电池的转换效率低、价格昂贵且初期投入大,因此采用最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制来提高光伏系统的效率成为必然,从而达到充分利用太阳能的目的。本文从研究光伏电池的输出特性出发,分析现有的几种最大功率点跟踪控制算法的工作原理,并比较其优、缺点。本文在传统PID算法的基础上加入了模糊预测控制,根据模糊控制适应性强、鲁棒性好且具有不依赖被控对象精确模型等特点,使之进一步适合光伏发电系统的输出特征[1]。同时,为减少天气因素的不确定性对最大功率点的影响,算法中加入了预测发电功能。根据检测到的外界环境数据和历史发电数据建立模糊控制预测模型,用以加速模糊控制的速度,同时可以改善预测的不准确性。模糊控制技术是智能控制技术中发展较成熟的一个分支,并具有一系列传统控制无法比拟的优点[2]。将其应用于光伏电池的最大功率跟踪既具有现实意义,又具有时代意义。本文首先介绍了最大功率追踪技术和目前所采用的各种控制方法,接着给出了采用模糊控制的原因及实现方式。本文在某公司太阳能逆变器产品基础上进行升级,包括BOOST试验模块的设计目标和实现思路,然后描述了加入天气预测后的模糊控制算法,最后进行整体软件设计和测试。本文研究的主要目标是在原有PID算法控制上,运用加入天气预测的模糊控制算法,控制BOOST板上的IGBT以对输入电压电流进行功率点调节控制,以此保证获得稳定的最大功率。本文设计和实现的BOOST控制器虽然只是一个原型系统,但验证了模糊控制技术在太阳能逆变器领域的可行性和有效性,对相关的应用有较高的参考价值。

论文目录

• 中文文摘
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 光伏发电技术发展简介
• 1.2.1 国外光伏发电的发展
• 1.2.2 国内光伏发电的发展状况及前景
• 1.3 相关研究
• 1.3.1 光伏发电系统
• 1.3.2 模糊控制技术
• 1.3.3 Matlab/Simulink 仿真工具
• 1.4 本课题实现的目标和意义
• 1.5 本文的工作内容和结构安排
• 第二章 光伏电池特性及其MPPT 介绍
• 2.1 光伏电池的基本原理和工作特性
• 2.1.1 光伏电池的基本原理
• 2.1.2 光伏电池的电气特性
• 2.1.3 影响光伏电池输出特性的因素
• 2.2 光伏电池最大功率跟踪方法
• 2.2.1 电压回授法
• 2.2.2 功率回授法
• 2.2.3 增量电导法
• 2.2.4 扰动观察法
• 2.3 MPPT 效率及其跟踪算法改进策略
• 2.3.1 改进的自适应占空比扰动法
• 2.3.2 模糊预测控制MPPT 的提出
• 2.4 小结
• 第三章 气候因素对MPPT 效率的影响
• 3.1 气候因素对光伏阵列发电量的影响
• 3.1.1 气温对光伏阵列发电量的影响
• 3.1.2 光照强度对光伏阵列发电量的影响
• 3.2 不同光照和气温对MPPT 效率的影响
• 3.3 光照和气温的获取
• 3.4 小结
• 第四章 基于模糊控制的天气预测MPPT 算法研究
• 4.1 模糊控制器组成及原理
• 4.2 MPPT 模糊控制器设计
• 4.2.1 模糊控制器的模糊化
• 4.2.2 输入输出量及隶属函数的确定
• 4.2.3 模糊控制规则库建立
• 4.2.4 模糊推理
• 4.2.5 解模糊化
• 4.3 模糊预测建模
• 4.4 小结
• 第五章 模糊控制系统设计
• 5.1 系统规格与整体结构
• 5.2 升压式（Boost）变换器的设计
• 5.2.1 基本电路特性
• 5.2.2 关键元件的选取
• 5.2.3 仿真分析
• 5.3 采样电路的设计
• 5.3.1 电压检测电路
• 5.3.2 保护电路
• 5.4 驱动电路的设计
• 5.5 PWM 产生与A/D 转换模块设计
• 5.5.1 TMS320LF2407A 功能介绍
• 5.5.2 PWM 的产生原理
• 5.5.3 A/D 转换模块
• 5.6 小结
• 第六章 模糊天气预测算法仿真
• 6.1 光伏电池仿真
• 6.1.1 光伏电池模型
• 6.1.2 光伏电池修改模型
• 6.2 模糊预测控制器仿真
• 6.3 仿真结果与分析
• 6.4 小结
• 第七章 模糊预测MPPT 实测与分析
• 7.1 PC 端客户软件界面
• 7.2 模糊预测MPPT 的性能测试
• 7.3 与原有方法的对比测试
• 7.3.1 基于天气预测的MPPT 测试
• 7.3.2 历年测试数据的对比
• 7.4 小结
• 第八章 总结与展望
• 8.1 总结
• 8.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表的论文
• 致谢