基于数字PID控制的光伏MPPT研究.doc

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1、基于数字PID控制的光伏MPPT研究摘要介绍光伏电池的输出特性及最大功率点跟踪技术的基本原理，针对光伏电池的特点，提出一种采用数字pid控制实现光伏系统最大功率点跟踪（mppt）控制的方法，它能快速响应外界环境的变化，使光伏系统始终工作在最大功率点。仿真和实验结果证明，该系统具有鲁棒性和快速响应等优点。关键词光伏电池；mppt；pid控制abstractoutputcharacteristicofthesolarcellandtheprincipleofmaximumpowerpointtrackerareintroduced.basedonthefeat

2、ureofthesolarcellenergy,digitalpidcontrollerisproposedtorealizeitsmppt(maximumpowerpointtracking).photovoltaicenergygenerationsystemcantrackthemaximumpowerofpvcellrapidlybyusingdigitalpid.simulationandexperimentalresultsshowthatthesystemhastherobustnessandtheadvantagesofrapidrespo

3、nse.keywordsphotovoltaiccell;mppt;pidcontrolauthor’saddressfoshanuniversity,foshan,guangdong,china528000近二三十年来，太阳能光伏（photovoltaic，pv）发电技术得到持续发展，光伏发电已经成为利用太阳能主要方式之一。太阳能作为可再生的绿色能源，具有“取之不尽、用之不竭”、清洁、环保等优点，在未来的供电系统中将占有重要的地位。开展太阳能光伏发电技术的研究，对于缓解能源和环境问题，开拓广阔的光伏发电市场，具有重大的理论和现实意义。研究发现，太阳能发电

4、效率较低成为当前影响其发展的因素之一。如何提高太阳能转换效率，降低系统造价，这是近些年的热点。最大功率跟踪（mppt）技术就是针对提高太阳能电池发电效率进行研究的。本文采用数字pid控制方法，实现太阳能最大功率跟踪，结果表明此方法能够实现较好的控制性能。1光伏电池的特性及mppt原理1.1光伏电池的数学模型光伏电池利用半导体材料的光伏效应制成，光伏电池组件的特性随太阳辐照度和电池温度而变化，即。根据电子学理论，光伏电池对应的函数为。其中：，，，（式中为在参考日照下，电流变化温度系数，amps/℃；为在参考温度下，电压变化温度系数，v/℃；为光伏电池的串联电

5、阻，为短路电流，为开路电压，、为最大功率点对应的电压和电流）。光伏电池是一种非线性直流源，在不同光照强度和不同电池结温下光伏阵列输出特性曲线是不同的。当外界自然条件改变时，光伏阵列输出特性将随之改变，其输出功率及最大功率点亦相应改变。太阳能电池特性曲线如图1所示。对于光伏电池输出功率有。将两端对u求导，并将i作为u的函数，可得。从图1可知，当＞0时，u小于最大功率点电压；当时，u大于最大功率点电压；当，u即为最大功率点电压。即有：，，。1.2buck电路实现mppt的原理数字控制器主要实现光伏电池对蓄电池的充电，由于受到蓄电池过充电压的限制，本系统采用具有

6、降压调节功能的buck型变换器，它具有效率高、体积小的优点，如图2所示。在光伏系统中，为了寻求阻尼的最佳匹配，通常是通过控制pwm的占空比来实现光伏电池输出功率的最大化。2mppt数字pid控制器设计数字pid控制器的控制算式为：为了便于计算机编写程序，将上式变为：式中是数字pid控制器的输入；为第k个采样时刻的偏差值；是第k个采样时刻数字pid控制器的输出；t为采样周期；为积分系数，；为微分系数，。数字pid控制算法的增量式为：。图3为光伏系统的输出功率p和pwm占空比d关系的示意图，当dp/dd=0时，输出功率达到最大[1]。根据图3，取占空比d为数字

7、pid控制器的控制量，为偏差信号，根据图2和图3寻找最大功率点的过程得到和的关系。1），若，此时在最大功率点左侧，占空比应继续增大，即；若，此时在最大功率点右侧，占空比应减小，即。2），若，此时在最大功率点左侧，占空比应继续减小，即；若，此时在最大功率点右侧，占空比应增大，即。根据上述分析可知，时，输出功率和占空比同方向改变；时，输出功率和占空比反方向改变。根据的情况可以设计增量式数字pid控制器为：当时，；当时，。3仿真结果分析系统运用matlab中的simulink模块进行仿真，太阳能电池模型参数设置：开路电压v，短路电流a，输出最大功率时对应电压和电

8、流分别为v，imp=3.5a，太阳能电池串联内阻ω；在参考日照下，