【正文】 對(duì)于一個(gè) MATLAB初學(xué)者 ，剛開(kāi)始 對(duì)于軟件是一竅不通， 正是在老師和同學(xué)的指導(dǎo)幫助下， 不斷地摸索，學(xué)習(xí)，提高，最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，按照畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求采 用了現(xiàn)階段比較先進(jìn) 的模糊控制法來(lái)實(shí)現(xiàn)光伏電池的最大功率跟蹤，這對(duì)于我來(lái)說(shuō)是一種鍛煉，這讓我 找到了對(duì)未來(lái)學(xué)習(xí)工作 一種正確的態(tài)度 。從課題的選擇到論文 的最終完成，周老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。正是他的悉心指導(dǎo)和專(zhuān)業(yè)上的 支持，才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì) 能夠順利進(jìn)行。 在我 的畢業(yè)論文研究期間，得到了許多老師和 同學(xué)的幫助，在此一并表示感謝。馬上就要離開(kāi)自己 生活學(xué)習(xí) 4年 的母校了， 還記得 4年前剛邁進(jìn)江漢大學(xué)時(shí)的情景 ， 一切就像發(fā)生在昨天。太陽(yáng)能發(fā)電的前 景無(wú)疑是非常令人期待的 的。未來(lái)光伏發(fā)電系統(tǒng)的趨勢(shì)必將采用多種跟蹤方法相結(jié)合的方法，本文未闡述這一趨勢(shì)，略顯不足。 3．此控制方法可運(yùn)用現(xiàn)代控制理論再進(jìn)一步完善，以達(dá)到更準(zhǔn)確迅速跟蹤到最大功率點(diǎn)的效果。 ，經(jīng)常因?yàn)楦?擾造成報(bào)錯(cuò)情況，對(duì)設(shè)計(jì)的進(jìn)度有很大的影響。在爬山法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的、具有在線參數(shù)調(diào)整功能的自適應(yīng)的占空比擾動(dòng)模糊控制法。 總結(jié)前文 ，本文首先介紹 了光伏電池的輸出特性方程，運(yùn)用 MATLAB／SIMULINK建立光伏電池模型，利用仿 真結(jié)果 對(duì)光伏電池的輸出特性，以及輸出電壓、電流與電池表面溫度、光 照強(qiáng)度等外界因素之間的關(guān)系作詳細(xì)地分析說(shuō)明。而且 電能是目前 世界上使用最廣泛的能源利用形式，把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成電能 無(wú)疑是利用太陽(yáng)能的一種 最 有效途徑。 27 第五章 總結(jié)與展望 5． 1總結(jié) 隨著能源危機(jī)的日益臨近，人們也加快了研究太陽(yáng)能的步伐 。 本章中在爬山法和導(dǎo)納法的基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的，具有在線參數(shù)調(diào)整功能的自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制法。 如何盡可能的提高太陽(yáng)能的效率 ， 專(zhuān)家學(xué)者 在理論上和實(shí)踐上提出了光伏電池陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤 這一課題 。 26 4． 5小結(jié) 光伏 陣列的 輸出特性 明顯 的非線性性質(zhì)。并且模糊控制技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，它的實(shí)現(xiàn)并不復(fù)雜。 運(yùn)行后可以得到波形圖 圖 可以發(fā)現(xiàn)，將模糊邏輯控制應(yīng)用于光伏電池最大功率點(diǎn)的跟蹤不僅跟蹤迅速，而且到達(dá)最大功率點(diǎn)后基本沒(méi)有波動(dòng)，即具有良好的動(dòng)、穩(wěn)態(tài)性能。 事實(shí)上，即使 boost電路輸出電壓發(fā)生一定的變化，光伏電池仍然能夠保持最大功 率跟蹤輸出。 25 圖 由圖可以看出，算法 MPPT模塊，其輸入為 PV輸出電壓與電流，其輸出為 boost電路占空比的參考電壓。當(dāng)光伏電池工作點(diǎn)在 ?、 ?兩區(qū)域時(shí) ,在實(shí)際系統(tǒng)中根據(jù)斜率確定其電壓擾動(dòng)值△ V,當(dāng) K值確定后可以大致確定△ V,的大小，在 ?、 ?兩區(qū)域中 K值較大，且 VA VB，可以適當(dāng)加一個(gè)較大的△ V；當(dāng)工作在 ?區(qū)域時(shí)， K值較小，因此，應(yīng)加一個(gè)較小的△ V；快速找到電壓擾動(dòng)值間接上就是提高了最大功率點(diǎn)工作的速度。常規(guī)的爬山法的原理是 給輸出電壓一個(gè)擾動(dòng)（電壓增量），通過(guò)計(jì)算功率的大小變化，找到功率的改變方向，然而 其最大的缺點(diǎn)就是存在動(dòng)態(tài)響應(yīng)和穩(wěn)態(tài)精度達(dá)不到協(xié)調(diào)的矛盾 ,自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控 24 制法 就可以 很好的解決上述矛盾 [7]。這種方法簡(jiǎn)單易行，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但 a的取值需要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況而 選定。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈活，通用，但是 在進(jìn)行復(fù)雜運(yùn)算時(shí)，計(jì)算機(jī)速度較慢，不適宜對(duì)控制要求較高的場(chǎng)合。 目前已有多種實(shí)現(xiàn)該功能的軟件， 具體 實(shí)現(xiàn) 步驟如下 : (1)定義 參量（ 輸入量、 輸出量的模糊子集和相應(yīng)的 函數(shù) ） ； (2)定義 規(guī)則（ 模糊控制規(guī)則 ） ； (3)采集輸入量，并進(jìn)行模糊化 。 表 41輸入量 E、 EC的隸屬函數(shù)賦值表 2 1 0 1 2 NB 0 0 0 Z 0 1 0 PB 0 0 0 1 表 42模糊控制規(guī)則表 NB Z PB NB PB PB Z Z PB Z NB 23 PB Z NB NB 表 43控制表 2 1 0 1 2 2 2 2 2 1 0 1 2 2 1 0 1 0 2 1 0 1 2 1 1 0 1 2 2 2 0 1 2 2 2 4． 3． 2 軟件模糊推理法 這種方法的實(shí)現(xiàn)更可行，模糊控制的算法 完全 用軟件實(shí)現(xiàn)。如此對(duì)一組實(shí)際輸入的 e、 ec根據(jù)控制表就可以查出控制量 u來(lái) 。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單，快速，易學(xué)，它將控制規(guī)則和算法都以表格的形式列舉出來(lái)，方便查找。比較常用和簡(jiǎn)單的是前三種方法，但控制精度較差，第四種方法較復(fù)雜，同時(shí)其控制精度是最高的，目前這種方法還未完全成熟。 規(guī)則的建立要根據(jù)輸出量和控制精度的要求而定，需要明確的是：隨著規(guī)則數(shù)目的提高，模糊控制的質(zhì)量就會(huì)下降。圖中所示的是最簡(jiǎn)單的一種模糊控制器，也是其他復(fù)雜控制器的基本框架。 22 第四章 自適應(yīng)占空比擾動(dòng)模糊控制法 4． 1 模糊控制的基本原理 模 糊控制器是模糊控制系統(tǒng) 最核心的環(huán)節(jié) [11]， 是它不同于 其 它控制器的主要器件。 3． 4 小結(jié) 關(guān)于最大功率點(diǎn)跟蹤的研究已快速發(fā)展，本文只是粗略介紹了兩種方法，寫(xiě)出了它們的原理，參數(shù)仿真，得到的基本結(jié)論。不同的是數(shù)學(xué)判斷式和推理方法的區(qū)別。 采用導(dǎo)納增量法的缺點(diǎn)： 1) 控制算法較復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng) 本身的 要求較高； 2) 控制電壓初始化參數(shù)對(duì)系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程中的跟蹤性能有較大影響，若設(shè)置不當(dāng)則可能產(chǎn)生較大的功率損失。 3． 3． 2導(dǎo)納法分析 采用導(dǎo)納增量法的優(yōu)點(diǎn)： 1) 控制效果好； 2) 控制穩(wěn)定度高， 能準(zhǔn)確快速的找到最大功率點(diǎn)，與系統(tǒng)的其他組件參數(shù)無(wú)關(guān) 。該方法不能準(zhǔn)確的找到最大功率點(diǎn)，只能在其附近振蕩，振蕩就會(huì)耗費(fèi)能量，當(dāng)外界環(huán)境劇變時(shí)，損失會(huì)更大。O 的缺點(diǎn)： 不能準(zhǔn)確找到最大功率點(diǎn) ，只能在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行。O的優(yōu)點(diǎn) ： 1) 控制思路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)較為方便； 2) 可實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)的動(dòng)態(tài)跟蹤，提高系統(tǒng)的利用效率。其中 sfunction最大功率跟蹤算法在附錄中，這種算法相對(duì)而言是現(xiàn)在最常用也是比較簡(jiǎn)單的。由于導(dǎo)數(shù)的運(yùn)算是采用差 分近似的方法，因此在最大功率跟蹤中所產(chǎn)生的誤差是由于控制算法中近似計(jì)算所產(chǎn)生的，可通過(guò)采用數(shù)值微分的三點(diǎn)計(jì)算公式來(lái)計(jì)算導(dǎo)數(shù)，提高導(dǎo)數(shù)的計(jì)算精度來(lái)提高系統(tǒng)的跟蹤精度 。 圖 根據(jù)上一章光伏電池模型及圖 ： 20 圖 導(dǎo)納增量法的數(shù)學(xué)依據(jù)是在最大功率點(diǎn)處功率對(duì)電壓的導(dǎo)數(shù)為 0[4]。如果不符合則繼續(xù)擾動(dòng)。 在上式中 dI表示增量前后測(cè)量到的電流差值， dV表示增量前后測(cè)量到的電壓差值。 18 圖 3． 2． 3導(dǎo)納增量（ Incremental Conductance）法 導(dǎo)納增量法 的基本思想是基于在 光伏陣列的 P－ V曲線中 ，在最大功率點(diǎn)處其斜率為零，而 P =VI，因此 ： 0dP dIIVdV dV? ? ? （ 31） 即： 1dIdV V?? （ 32） 式（ 32）即為達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件。 光伏陣輸出與負(fù)載電阻輸入的電壓、功率和電流仿真曲線如圖 。太陽(yáng)能光伏陣輸入日照取 100W /m2 ,電池溫度為在 25℃ [4]。從 0秒開(kāi)始仿真 ,仿真時(shí)間設(shè)為 。其中通過(guò) PWM脈沖調(diào)試來(lái)改變電壓，實(shí)現(xiàn)波動(dòng)?？蓮氖静ㄆ饔^測(cè)仿真結(jié)果 。 圖 爬山法的控制流程圖 根據(jù) 第二章 光伏 電池 模型并根據(jù)流程圖可以畫(huà)出爬山法的模型 ： 16 圖 爬山法模型 圖 PWM電路模型圖 對(duì)于爬山法我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)其算法，如圖 PWM模塊基于占空比為升壓式變換器產(chǎn)生脈沖信號(hào)。 15 圖 擾動(dòng)觀察法跟蹤情況示意圖 圖 明了這個(gè)尋找最大功率點(diǎn) 過(guò)程， 假設(shè)起始工作點(diǎn)在 V1，此時(shí)的功率為 P1，然后給一個(gè)電壓增量 △ V，設(shè) V2=V1+△ V， V2點(diǎn)的功率為 P2，比較 P1P2的大小，由圖知 P2大于 P1，及功率是增大的，繼續(xù)賦予增量 △ V，到達(dá) P3，同理功率繼續(xù)增大，當(dāng)繼續(xù)賦予增量時(shí)功率到達(dá) P4，功率值變小，說(shuō)明最大功率點(diǎn)在P3P4之間，重復(fù)進(jìn)行賦予增量的步驟，只到找到最大功率點(diǎn)。 其基本原理概括的說(shuō)就是通過(guò)改變輸出電壓，給其一個(gè)小的電壓分量，通過(guò)電壓分量來(lái)尋找功率的改變方向，如果功率增大，繼續(xù)增加 該電壓分量，如果功率減小，則改變?cè)隽糠较颉?下文 將就這兩種最大功率點(diǎn)跟蹤算法分別說(shuō)明其工作原理，并比較各自的優(yōu)缺點(diǎn)。 最大功率點(diǎn)工作的基本思想就是尋找負(fù)載匹配的過(guò)程。 因此，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)充分考慮最大功率點(diǎn)的跟蹤問(wèn)題，根據(jù)實(shí)時(shí)的外部環(huán)境，都能保持系統(tǒng)的自適應(yīng)性。 3． 1 光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤 由上一章的分析 可以得到在一定的溫度和光強(qiáng)條件下的 輸出特性 ， 如圖 3． 1所示 ， (a)光伏電池的輸出電流與輸出電壓關(guān)系圖； (b)光伏電池的輸出功率與輸出電壓關(guān)系圖。因此， 提高光伏發(fā)電的轉(zhuǎn)換效率是必然趨勢(shì) ， 解決的途徑之一是在光伏電池與負(fù)載間加 最大功率點(diǎn)跟蹤裝置， 保證實(shí)時(shí)跟蹤最大功率點(diǎn) [3]。在上 一章中 提出影響 光伏發(fā)電 效率的最大因素是 外界環(huán)境 的變化 ，溫度和光強(qiáng)的變化都可以導(dǎo)致輸出特性發(fā)生較大的變化。當(dāng)前有很多點(diǎn)跟蹤的方法，它們各有優(yōu)缺，如何根據(jù)具體環(huán)境具體選取跟蹤方法，這是本文下一章研究的重點(diǎn) 。 而 光伏電池的輸出受到電池表面溫度、 光強(qiáng) 等外界環(huán)境因素的影響， 但輸出的 非線性 使系統(tǒng)必須做出改進(jìn) 。 2． 4 小結(jié) 太陽(yáng)能 由于其獨(dú)特的利用價(jià)值 。比較它們的曲線變化我們可以觀察到，隨著太陽(yáng) 照射強(qiáng)度的增大，光伏組件的短路電流增加，同時(shí)最大輸出功率也增加 。 1