基于模糊自适应PID的光伏电池MPPT研究

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1、第33卷第6期可再生能源Vol.33No.62015年6月RenewableEnergyResourcesJun.2015基于模糊自适应PID的光伏电池MPPT研究刘振永，孙建起（石家庄学院物电学院，河北石家庄050035）摘要：光伏电池输出的非线性特点，决定了其最大功率点的时变性。根据电路阻抗匹配原则，建立了基于Buck拓扑结构的光伏电路系统，将系统最大功率点跟踪转化为占空比系数调节，并根据当功率电压满足dP/dV=0时，光伏电池达到最大功率点，以此为基础提出了模糊自适应PID控制算法，与单纯模糊控制法和扰动观察法的相对比，波动率分别

2、降低了8.9%和20.4%，系统响应速度分别提高了4.5ms和9.5ms。关键词：光伏电池；模糊PID；最大功率点跟踪；Buck电路；占空比中图分类号：TP13文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）06-0834-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.06.0050引言式中：IL为光伏电池输出电流；IF为抵消内部PN光伏电池最大功率点跟踪（MaximumPower结电流；I为流过负载RL的电流；q为一个电子所-19PointTracking，MPPT）是提高光能利用率的一项含电荷量，

3、1.6×10C；kO为波尔兹曼常数，1.38×-23[5]关键技术。目前，常用的最大功率点跟踪方法有固10J/K；T为光伏电池表面温度。定电压法、电导增量法、扰动观察法和模糊控制法随着光强的增大，电流I增幅较大，而电压U[1]等。相较而言，固定电压法的应用最为简单，但增幅很小；不同光强下的光伏电池最大功率点仅限于光照和温度变化范围较小的场合；电导增Pmax始终不断改变，根据I-V和P-V的非线性变量法相对复杂，且对硬件要求较高，尤其难于选取化过程可知，电压U、电流I的乘积会有一个最大合理的步长，易产生较大误差；扰动观察法作为值，该值即为

4、最大功率点P。因此，本文以通过对MPPT常用的经典方法之一，其自身抗干扰能力不同时刻最大功率点的跟踪展开控制算法研究。较差，使得系统始终在最大功率点附近波动，无法2MPPT跟踪原理趋于稳定；模糊控制法基于自身算法的优势，能够光伏电池既非恒流源，亦非恒压源，而是随着根据外部环境的变化，选择合理的步长，但因其无外界光照强度和温度的变化，其输出功率亦随之法定义被控目标，控制设计缺乏系统性，此外单纯改变。根据电路阻抗匹配原则，只有当电源内阻等[6]模糊控制因为没有积分环节，因此仍然属于有差于负载电阻时，电源有最大功率输出。系统结构[2]控制。基

5、于此，本文提出了模糊自适应PID控制如图1所示。算法，不仅使系统具有了模糊算法自寻优的功能，A同时兼备经典PID控制特性，两种算法的结合与PV+互补，实现了系统对外部环境变化的快速响应以MPPT负V及对被控目标的精确控制。载1光伏电池输出特性PV-[3]，[4]通常，光伏电池输出的伏安（I-V）特性为qV图1光伏电池MPPT结构示意I=IL-IF=IL-Is#exp!"-1$（1）k0TFig.1MPPTstructureofphotovoltaiccell收稿日期：2015-02-17。基金项目：河北省自然科学基金项目（F201420

6、8145）；石家庄学院科研团队项目（XJTD004）；河北省高等学校科学技术研究项目（ZD2015210）。作者简介：刘振永（1963-），男，教授，研究方向为智能微电网。E-mail：sun77241530@126.com·834·刘振永，等基于模糊自适应PID的光伏电池MPPT研究光伏电池的非线性特点，决定了其内部阻值移动。③当dP/dV>0且dP<0时，系统输出功率在的非线性变化，使其在实际应用中很难与负载进最大功率点Pmax左侧且远离Pmax。④当dP/dV<0且行匹配。因此，通常需要为之加载DC-DC变换器dP<0时，系统输出

7、功率在最大功率点Pmax左侧且来进行阻值适配。远离Pmax。本文采用无功率损耗的Buck电路作为系统通过对输入量dP/dV，dP的判断，分析MPPT的阻值控制电路，忽略Buck变换器本身损当前时刻输出功率与最大功率点Pmax的关系，进[7]耗，则：而输出占空比步长dS：kVo/Vin=D，Io/Iin=DdS（k）=Kpe（k）+KiΣe（k）+Kdec（k）（3）VV11（2）inoi=0Rin==2=RL2IinIoDD式中：dS（k）为控制器输出；e（k）为控制器输入偏式中：Vin，Vo分别为Buck电路中输入/

8、输出电压；差；ec（k）为偏差变化量；Kp为比例系数；Ki为积Iin，Io分别为输入/输出电流；Rin为输入阻抗；RL为分系数；Kd为微分系数。负载阻抗；D为功率开关的占空比。3.1模糊PID控制器设计由式