【正文】 這篇論文是在朱老師不斷的指導(dǎo) 中完成的，在此感謝 朱 老師能從百忙中抽出時(shí)間看我的論文，并且給予 建議。這樣市電可完全提供負(fù)載不足的電力，而被當(dāng)作一個(gè)零阻抗的負(fù)載，吸收無(wú)限大的功率，因此在太陽(yáng)能的電力使用上彈性較大。根據(jù)要求設(shè)計(jì)了 MPP T 的太陽(yáng)能最大功率跟蹤器，以恒電壓對(duì)外供電。反模糊化可針對(duì)系統(tǒng)要求或運(yùn)行情況而選取不同的方法，得到的結(jié)果也是不同的。 模糊控制器的設(shè)計(jì) 本模糊控制系統(tǒng)由模糊控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象三部分組成，控制器的采樣周期 T=2s，系統(tǒng)框圖如圖 13 所示 : 圖 13 模糊控制系統(tǒng)框圖 其中 s 為系統(tǒng)的設(shè)定值， y 為系統(tǒng)輸出， e 和 c 分別是系統(tǒng)偏差和偏差的微分信號(hào)，也就是模糊控制器的輸入， u 為控制器輸出的控制信號(hào)， E、 C、 U 為相應(yīng)的模糊量。 應(yīng)用模糊邏輯控制進(jìn)行 MPPT 自 1965 年，自動(dòng)控制理論專家扎德 ()在加州大學(xué)提出了模糊集合理論以來(lái)，模糊邏輯 控制 (F LC— F uzzy Logic control)得到了迅速的發(fā)展。 應(yīng)用模糊控制方法控制的可行性分析 MPP T 本質(zhì)上是一個(gè)尋優(yōu)過(guò)程。具體方法用負(fù)載擾動(dòng)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果功率增大就繼續(xù)使用原擾動(dòng)。 直線近似法 直線近似法其基本理論為利用 dP/dV=0 這個(gè)邏輯判斷式，并利 用一直線來(lái)近似在某一溫度下各種不同照度的最大功率點(diǎn)，只要將工作控制在此直線上即可輕易地實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)追蹤。此控制方法的最大缺點(diǎn)即是當(dāng)環(huán)境條件大幅改變時(shí)，系統(tǒng)不能自動(dòng)地跟蹤到太陽(yáng)陣列的另一最大功率點(diǎn)，因此造成能量的損耗。只要我們改變輸出的電壓或電流，另外一個(gè)量也會(huì)隨之變化，在曲線上的唯一的拐點(diǎn)上，我們就可以得到最大的功率點(diǎn)。它的主要功能是 :檢測(cè)主回路直流側(cè)電壓及輸出電流，計(jì)算出太陽(yáng)電池陣列的輸出功率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)最大功率點(diǎn)的追蹤。一種是利用硬件芯片直接實(shí)現(xiàn)模糊控制的模糊控制器，具有推理速度快、控制精度高的特點(diǎn)，但它價(jià)格較貴、輸入輸出及模糊控制規(guī)則有限且靈活性差，適用于單調(diào)或機(jī)械性操作控制。但也存在著精度不高與適應(yīng)能力有 限及易產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象等問題。在經(jīng)典控制中，應(yīng)用最成功的莫過(guò)于比例積分微分 (P ID)控制。1973 年他給出了模糊邏輯控制的定義和相關(guān)的定理。即使淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 13 網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷很重也不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓 。 (2)C AN BUS 網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)實(shí)際可達(dá) 110 個(gè)，對(duì)于中小型發(fā)電站己經(jīng)足夠了。PRO F IBUS DP 用于分散外設(shè)間的高速數(shù)據(jù)傳輸，適合于加工自動(dòng)化領(lǐng)域。由神經(jīng)芯片構(gòu)成的節(jié)點(diǎn)之間可以進(jìn)行對(duì)等通信。 Lonworks 總線 Lon Works 技術(shù)是美國(guó) EC HELON 公司開發(fā)，并與 Motorola 和東芝公司共同倡導(dǎo)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。 FF 總線包括 FF 通信協(xié)議、150 模型中的 27 層通信協(xié)議的通棧、用于描述設(shè)備特性及操作接口的 DDL 設(shè)備描述語(yǔ)言、設(shè)備描述字典， 用于實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制、工程量轉(zhuǎn)換的應(yīng)用功能塊，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組態(tài)管理功能的系統(tǒng)軟件技術(shù)以及構(gòu)筑集成自動(dòng)化系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的系統(tǒng)集成技術(shù)。但是，發(fā)展共同遵從的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，真正形成開放式互連系統(tǒng)，是大勢(shì)所趨。由于結(jié)構(gòu)上的改變，它具有比 DCS 更好的性價(jià)比。由于器件關(guān)斷前電流已下降到零，即線路電感中電流亦為零，所以感性關(guān)斷問題得以解決，由此可知軟開關(guān)技術(shù)的提出使高效率、高頻開關(guān)變換器的實(shí)現(xiàn)有了可能。這種方法對(duì)變換器的變換效率沒有提高，甚至?xí)?使 效率有所降低。 (4)二極管反向恢復(fù)問題 :二極管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)存在著反向恢復(fù)期，在此期間內(nèi)，二極管仍處于導(dǎo)通狀態(tài)，若立即開通與其串聯(lián)的開關(guān)器件，容易造成直流電源瞬間短路，產(chǎn)生很大的沖擊電流，輕則引起該開關(guān)器件和二極管 損 耗急劇增加，重則致其損壞。期間的能量損失 ,V0=D*Vt/(1 D) PWM 軟開關(guān)技術(shù) 開關(guān)穩(wěn)壓電路就是采用功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)元件，通過(guò)周期性通斷開關(guān)，控制開元件的占空比來(lái)調(diào)整輸出電壓。 Ui，也稱為 Boost 型變換器。在一定的溫度和日照強(qiáng)度下，太陽(yáng)電池具有唯一的最大功率點(diǎn)，當(dāng)太陽(yáng)電池工作在該點(diǎn)時(shí)，能輸出當(dāng)前溫度和日照條件下的最大功率。 從圖 3 可進(jìn)一步看出，在方陣工作電壓基本恒定的情況下，方陣工作電流開始隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的增加而線性增加，當(dāng)達(dá)到某一值時(shí)隨太陽(yáng)輻射強(qiáng)度的增加反而下降。 R:串連電阻 。太陽(yáng)能最大輸入功率為 500W 左右，輸入電壓 Vin= 2036V，負(fù)載要求恒定電壓 28V，蓄電池共分 9 組，每組消耗最大功率約為 50W。 淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 3 課題意義和研究?jī)?nèi)容 MPP T 可挽回由于溫度變化而導(dǎo)致的系統(tǒng)的失配損失，特別是對(duì)于冬、夏及全日內(nèi)溫差較大的地區(qū)更具有明顯的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)意義。硅太陽(yáng)電池陣列具有如圖 1 所示的伏安特性， 圖 l 太陽(yáng)電池陣列伏安特性曲線 圖 1 中 L 是負(fù)載特性曲線，當(dāng)溫度保持某一固定值時(shí)，在不同的日照強(qiáng)度下它與負(fù)載特性 L 的交點(diǎn) a， b， c， d， e 對(duì)應(yīng)于不同的工作點(diǎn)。光伏系統(tǒng)目前的主要問題是電池的轉(zhuǎn)換效率低且價(jià)格昂貴，因此，如何在現(xiàn)有的光電元件轉(zhuǎn)換技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高太陽(yáng)電池的轉(zhuǎn)換效率，充分利用光伏陣列所轉(zhuǎn)換的能量，一直是光伏系統(tǒng)研究的重要方向。 MPPT。在未來(lái) ,太陽(yáng)能電池的應(yīng)用有著良好的發(fā)展前景。最大功率點(diǎn)跟蹤 。從發(fā)電、取暖、供水到各種各樣的太陽(yáng)能動(dòng)力裝置，其應(yīng)用十分廣泛，在某些領(lǐng)域，太陽(yáng)能的利用已開始進(jìn)入實(shí)用階段。在 p n結(jié)電場(chǎng)的作用下，空穴由 n 區(qū)流向 p 區(qū)，電子由 p 區(qū)流向 n 區(qū)，接通電路后就形成電流。這表明太陽(yáng)電池最大功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓也隨環(huán)境溫度的變化而變化。 (4)以雙 MC U 為核心對(duì) DC /DC、 MPP T、蓄電池充放電進(jìn)行控制的一套軟硬件控制系統(tǒng) 。 A q電子電荷 :*IOe19e K玻爾茲曼常數(shù) 。圖 3 為某典型日太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、方陣工作電壓和工作電流的瞬時(shí) 變化。 淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 6 功率峰值跟蹤 如上圖所示太陽(yáng)電池具有明顯的非線性，太陽(yáng)電池的輸出受日照強(qiáng)度，電池結(jié)溫等因素的影響。如果按照輸入、輸出電壓的大小分，DC/DC 變換器可以分為 : (1)降壓型變換器 輸出電壓低于輸入電壓，即 U。在此期間，靠濾波電容 CO 維持輸出電壓基本不變。電壓下降 /上升和電流上升 /下降 波形有交疊，致使器件的開通損耗和關(guān)斷損耗隨開關(guān)頻率的提高而增加，因而開關(guān)損耗大。使開關(guān)關(guān)斷前其電流為零，則開關(guān)關(guān)斷時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生損耗和噪聲，這種關(guān)斷方式稱為零電流關(guān)斷，簡(jiǎn)稱零電流開關(guān) 。 最理想的軟開 通過(guò)程 :電壓先下降到零后，電流再緩慢上升到通態(tài)值，所以開通損耗近似為零。在一般的 FCS 系統(tǒng)中，遵循一定現(xiàn)場(chǎng)總線 協(xié) 議的現(xiàn)場(chǎng)儀表可以組成控制回路，使控制站的部分控制功能下移分散到各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表中。在過(guò)程自動(dòng)化領(lǐng)域，主要有過(guò)渡型的 HART 協(xié)議、得到廣泛支持的基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線 FF (F oundation F ieldbus)協(xié)議以及同樣較有競(jìng)爭(zhēng)力的過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)總線 P ROF IBUS (Process F ie ld Bus)協(xié)議。物理傳輸介質(zhì)可為雙絞線、光纜和無(wú)線，其傳輸信號(hào)采用曼切斯特編碼。各節(jié)點(diǎn)可隨時(shí)發(fā)送消息。 個(gè) CP U 完成 051 模型第一和第二層的功能，稱為介質(zhì)訪問處理器。 P ROF IBUS 支持主從方式、純主方式、多主多從通信方式。 C AN 網(wǎng)具有很多適合于分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)應(yīng)用的特點(diǎn) : (1)真正的多主從工作系統(tǒng)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)在任何時(shí)刻都可主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送信息，而不分主從，通訊方式靈活。 (5)傳輸速度快，最高達(dá) 1Mb/s(通信距離為 40m)，傳輸距離長(zhǎng)，最長(zhǎng)達(dá) 10km。由圖可以看出，其 布線簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)清晰，能在電力系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)真正的分散控制。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，計(jì)算機(jī)先把采集到的控制信息經(jīng)語(yǔ)言控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理和模糊決策，求得控制量的模糊集，再經(jīng)模糊判決得出輸出控制的精確量，作用于被控對(duì)象，使被控過(guò)程達(dá)到預(yù)淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 14 期的控制效果。 模糊控制基于隸屬度函數(shù)和模糊合成法則等思想上，巧妙地綜合了人們的直覺經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了在經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論不太奏效場(chǎng)合的自動(dòng)化控制，模糊控制 實(shí)現(xiàn)的是對(duì)系統(tǒng)的定性描述。因此，模糊控制器相當(dāng)于是一種語(yǔ)言控制器。正是由于諸多的難以預(yù)知因素影響著光伏陣列的輸出，使得實(shí)際 系統(tǒng)中必須有一個(gè)適配器，來(lái)保證電源和負(fù)載之間的和諧，高效，穩(wěn)定的工作狀態(tài)。 圖 8 溫度變化時(shí)太陽(yáng)電池的特性曲線 淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 17 圖 9 日照強(qiáng)度變化時(shí)太陽(yáng)電池的特性曲線 從上面兩圖可以看出太陽(yáng)能電池在日照強(qiáng)度溫度的影響下，顯示出的強(qiáng)烈的非線性特性。本節(jié)將針對(duì)目前已提出的各類最大功率點(diǎn)跟蹤法加以探討分析，分析其工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)最后提出一種改進(jìn)算法。如果不符合則改變電壓的擾動(dòng)方向。為本設(shè)計(jì)所采用。如在曲線的右側(cè)。 淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究 22 4 基于模糊邏輯控制的最大功率跟蹤系統(tǒng) 在最大功率點(diǎn)跟蹤系統(tǒng)中，確立一個(gè)好的算法是其中的關(guān)鍵，在第三章的敘述中我們探討了一些關(guān)于中最大功率點(diǎn)追蹤的一些算法。因此， PP T 就是一個(gè)不斷測(cè)量和不斷 調(diào)整以達(dá)到最優(yōu)的過(guò)程，它不需要知道太陽(yáng)陣精確的數(shù)學(xué)模型，也不需要知道環(huán)境的日照度和溫度，而是在運(yùn)行過(guò)程中不斷改變可控參數(shù)的整定值，使得當(dāng)前工作點(diǎn)逐漸向峰值功率點(diǎn)靠近，最后工作在峰值功率點(diǎn)附近。 *歸納和總結(jié)模糊控制器的控制規(guī)則 : *確定模糊化和反模糊化的方法 。在本設(shè)計(jì)中輸出電壓是要保持恒定的，所以我們?cè)诜抡嬷羞x用 dP /di 和△ dP /di 作為輸入變量，系統(tǒng)最終控制輸出的模糊邏輯控制量定義為場(chǎng)效應(yīng)管的 PWM 占空比變換量，定義為△ dout，所以系統(tǒng)中的模糊控制器是一個(gè)雙輸入單輸出型的控制器。與傳統(tǒng)仿真手段相比，這種方法更 加形象、簡(jiǎn)便。從理論上講蓄電池的容量越大，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性 越高，不過(guò)若要最大發(fā)揮太陽(yáng)電池所轉(zhuǎn)換的電能效率，最佳的做法是以 市 電作為輔助電源。太陽(yáng)能電力的應(yīng)用前景無(wú)疑是非常令人向往的。有困難時(shí)想想還有朋友，并不孤單，給予你們最真誠(chéng)的祝福??！ 。監(jiān)控系統(tǒng)在這個(gè)較復(fù)雜的系統(tǒng)中扮演著極重要的角色，包括檢測(cè)輸出電壓電流并配合保護(hù)系統(tǒng)、檢測(cè)負(fù)載狀況并計(jì)算與市電間適當(dāng)?shù)碾娏α鳌z測(cè)環(huán)境溫度照度紀(jì)錄太陽(yáng)電池的運(yùn)轉(zhuǎn)情形、保護(hù)設(shè)備間的協(xié)調(diào)等，在這方面，用現(xiàn)場(chǎng)總淮北師范大學(xué)學(xué)士畢業(yè)論文 基于 MPPT 的光伏電力應(yīng)用系統(tǒng)的研究