工程师：基于模糊控制的光伏电池MPPT的设计

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。

光伏电池的最大功率点

从图1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。

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。模糊控制器设计

在光伏并网发电系统中，使用模糊逻辑对系统的输入和输出进行设计，可以得出一系列控制规则，可以由微机十分简明地实现。

确定模糊控制器的结构

MPPT控制设计，其关键是模糊控制器的设计。选用双输入单输出模糊控制器，如图4所示。

模糊控制器的第n时刻输入量，为第n时刻的功率变化量△P(n)和功率变化率；第n时刻的输出量为第n+1时刻的占空比改变量△D(n+1)，大小在[0，1]间变化。其中功率变化量△P(n)=P(n)-P(n-1)，功率变化率用△P(n)/△D(n)代替计算。

确定输入、输出量模糊子集及论域