基于改進(jìn)型模糊控制的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種基于改進(jìn)型模糊控制的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種能夠同步實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT)和電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]如何解決最大功率點跟蹤的問題是目前擺在研究人員面前的主要困難。影響光伏系統(tǒng)輸出電壓和電流的因素很多，例如周圍環(huán)境的溫度，太陽光照射的強度等等，光伏電池轉(zhuǎn)換效率低的根本原因是輸出特性所具有的非線性。為了充分提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)化效率，必須采用適當(dāng)?shù)淖畲蠊β庶c跟蹤MPPT算法控制光伏發(fā)電變換器，使系統(tǒng)保持運行在光伏陣列最大功率點附近。
[0003]傳統(tǒng)的最大功率方法在實際使用中存在不同的缺點，跟蹤效果不理想、硬件實現(xiàn)復(fù)雜。目前常用的有擾動觀測法和增量電導(dǎo)法。擾動觀測法的原理是每隔一定時間改變光伏陣列輸出電壓，并觀測之后其輸出功率變化方向，以此決定下一步的擾動信號。該方法雖然算法簡單易于實現(xiàn)，但速度較慢，在特殊情況下還會出現(xiàn)誤判。增量電導(dǎo)法是通過比較輸出電導(dǎo)的變化量和瞬時電導(dǎo)值的大小來決定參考電壓的變化方向。該方法雖然響應(yīng)速度快，控制精度高，但對傳感器的精度要求很高，而且大量時間花費在A/D轉(zhuǎn)化上，實現(xiàn)起來相對困難。模糊控制本身就是一個非線性的控制方式，而且數(shù)學(xué)模型比較簡單，有更好的靈活性和適應(yīng)性，因此本文將模糊控制應(yīng)用于逆變電路及其光伏電池的最大功率點跟蹤方法中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型利用模糊控制法能夠同步實現(xiàn)最大功率點跟蹤(MPPT)和電網(wǎng)電壓同頻同相的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。
[0005]本實用新型所述一種光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是由前級Boost升壓電路、逆變電路、數(shù)據(jù)采集電路、驅(qū)動電路及其控制電路組成。Boost變換器是用來提高直流電壓以滿足并網(wǎng)逆變器工作要求的直流斬波裝置，而且光伏陣列的最大功率點追蹤控制也是通過它來實現(xiàn)的。在本文中，Boost變換器的電力電子器件(MOSFET)的控制脈沖是通過模糊控制單元來控制輸出的。逆變器電路是由4個功率開關(guān)(MOSFET)、電感以及隔離變壓器組成。逆變電路開關(guān)管的導(dǎo)通是由模糊控制器控制Spwm驅(qū)動電路實現(xiàn)的。進(jìn)而控制輸出電流保持正弦波輸入公用電網(wǎng)?？刂齐娐肥侨齻€模糊控制器組成。其中，模糊控制器3用來控制Boost升壓電路，提高光伏電池陣列的功率轉(zhuǎn)化效率，對光伏電池陣列進(jìn)行最大功率點跟蹤。模糊控制器I和2用來控制逆變電路，滿足逆變并網(wǎng)要求的直流母線電流的同頻同相。如上所述的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中Boost升壓電路:通過處理模糊控制器I的算法，產(chǎn)生Spwm信號，控制Boost升壓電路開關(guān)管的導(dǎo)通，進(jìn)而控制輸出電壓的大小實現(xiàn)最大功率點的跟蹤控制。如上所述的并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變電路:通過處理模糊控制器2和3的算法，產(chǎn)生Spwm信號驅(qū)動逆變電路開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，使得輸出電流跟電網(wǎng)電壓同頻同相。
[0006]本實用新型與傳統(tǒng)光伏并網(wǎng)系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點:
[0007]I該方法雖然響應(yīng)速度快，控制精度高，硬件電路簡單。
[0008]2開關(guān)頻率低、諧波畸變率小、可實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電要求的單位功率因數(shù)。
[0009]3能夠有效抑制MPP振蕩問題。
[0010]4在有效抑制諧波畸變率的前提下，克服了滯環(huán)比較控制實時跟隨參考電流與電感電流誤差來調(diào)整功率開關(guān)管的通斷所帶來的開關(guān)頻率不固定、損耗偏高等缺點。
【附圖說明】
[0011]圖1是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)圖
[0012]圖2是模糊控制器3的結(jié)構(gòu)與原理圖
[0013]圖3是光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)組成的原理框圖
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對本實用新型做出詳細(xì)說明:
[0015]本實用新型主要由兩大控制模塊組成，如圖三所示的Boost升壓控制模塊和單相全橋逆變控制模塊。其中Boost升壓模塊由模糊控制器3實現(xiàn)控制，模糊控制器3是基于模糊控制的PID控制器。它的實現(xiàn)原理如圖2所示，量化因子將實際輸入量e(k)和Δ e量化映射到模糊集合E (k)和DE (k)中，比例因子KpIpKd則完成輸出模糊論域到物理論域的轉(zhuǎn)換?？刂破鞯哪繕?biāo)函數(shù)取光伏電池的輸出功率，輸入變量為光伏電池P-U特性曲線上連續(xù)采樣兩點的連接線的鈄率值e以及鈄率的變化值Λ eo模糊控制系統(tǒng)以偏差e (k)和Λ e為輸入量，經(jīng)過量化因子轉(zhuǎn)換和模糊化、模糊推理和清晰化等運算，尋找出PID控制器修正量Λ Kp、Λ K:、Λ Kd參數(shù)與輸入量e (k)和Λ e之間的最優(yōu)關(guān)系，實現(xiàn)對Kp、K 個參數(shù)的在線調(diào)整。PID控制器通過運算確定當(dāng)前Boost電路的占空比，實現(xiàn)系統(tǒng)對MPPT的跟蹤控制。
[0016]逆變電路的控制原理是基于Takag1-Sugeno模糊控制，即在T-S模糊模型中，使用一個與隸屬函數(shù)無關(guān)的函數(shù)關(guān)系式作為結(jié)論來代替Mamdani模型中與隸屬函數(shù)相關(guān)的語言項，由公式可推導(dǎo)出占空比關(guān)于電流誤差和電網(wǎng)電壓等量的函數(shù)關(guān)系式，可以在T-S模型中實現(xiàn)。如光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)圖1所示，在單相全橋逆變電路中，共有4只功率開關(guān)管，分為兩組分別進(jìn)行模糊處理，其中S3與S4負(fù)責(zé)極性的變化，其控制類似于Spwm，基本原理為:當(dāng)參考電流位于正半周時，將S4導(dǎo)通，在這段時間，若SI導(dǎo)通，則電流正向增加；假如S2導(dǎo)通，則電流正向減??；當(dāng)參考電流為負(fù)時，將S3導(dǎo)通，在這段時間，假如SI導(dǎo)通，則電流反向減小；假如S2導(dǎo)通，則電流反向增加。與滯環(huán)比較方式實時跟隨電感電流與參考電流的誤差來決定功率開關(guān)管的通斷所不同的是，這里開關(guān)頻率是固定的，所以，在波形的斜率較大，即電流上升(或下降)很快時，SI和S3導(dǎo)通(或S2和S4導(dǎo)通)無法滿足跟蹤的精度要求，為了增加精確度，對該原理稍加修正，圖3所示采集信號1、2、3、4分別為電網(wǎng)電壓Vs、電流誤差e、參考電流ir、參考電流差分dir。當(dāng)ir大于一給定值或dir大于一給定值時，S4導(dǎo)通；否則，S3導(dǎo)通。該原理可以由簡單的模糊控制器實現(xiàn)，輸入記為Ir和dlr，輸出為開關(guān)管S3的占空比。其它管子的占空比控制與此相同。從而實現(xiàn)實際電流與參考電流之間的軌跡跟蹤，當(dāng)給定參考電流的表達(dá)式之后，逆變器的實際輸出電流在允許的誤差范圍內(nèi)跟蹤參考電流，不管電網(wǎng)電壓還是參考電流發(fā)生突變，實際電流都以做到跟隨參考電流的幅值和相位，參考電流的相位由電網(wǎng)電壓相位決定，為了實現(xiàn)以單位功率因數(shù)向電網(wǎng)供電，不斷對電網(wǎng)電壓進(jìn)行過零點檢測，電壓的零相位決定了參考電流的零相位，因此系統(tǒng)在實現(xiàn)軌跡跟蹤的同時既做到了幅值控制，也做到了頻率和相位控制。
【主權(quán)項】
1.基于改進(jìn)型模糊控制的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)主要是由前級Boost升壓電路、逆變電路、數(shù)據(jù)采集電路、驅(qū)動電路及其控制電路組成；BooSt變換器是用來提高直流電壓以滿足并網(wǎng)逆變器工作要求的直流斬波裝置，而且能夠?qū)崿F(xiàn)光伏陣列的最大功率點追蹤控制，其特征為=Boost變換器的電力電子器件的控制脈沖是通過模糊控制單元來控制輸出的，逆變器電路是由4個功率開關(guān)管、電感以及隔離變壓器組成；逆變電路開關(guān)管的導(dǎo)通是由模糊控制器控制Spwm驅(qū)動電路實現(xiàn)的，進(jìn)而控制輸出電流保持正弦波輸入公用電網(wǎng)；控制電路是由三個模糊控制器組成，其中，模糊控制器3用來控制Boost升壓電路，提高光伏電池陣列的功率轉(zhuǎn)化效率，對光伏電池陣列進(jìn)行最大功率點跟蹤；模糊控制器I和模糊控制器2用來控制逆變電路，滿足逆變并網(wǎng)要求的直流母線電流的同頻同相。2.如權(quán)利要求1所述的是基于改進(jìn)型模糊控制的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于Boost升壓電路采用的是基于模糊控制的PID控制，由模糊控制器3實現(xiàn)。3.如權(quán)利要求1所述的是基于改進(jìn)型模糊控制的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于逆變電路采用的是基于Takag1-Sugeno模糊控制，由模糊控制器I和模糊控制器2實現(xiàn)。
【專利摘要】本實用新型是基于改進(jìn)型模糊控制的光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，主要是由前級Boost升壓電路、逆變電路、數(shù)據(jù)采集電路、驅(qū)動電路及其控制電路組成。其中Boost升壓電路是由基于模糊控制的PID控制器控制。逆變器電路是由4個功率開關(guān)、電感以及隔離變壓器組成。逆變電路開關(guān)管的導(dǎo)通是由模糊控制器控制Spwm驅(qū)動電路實現(xiàn)的。進(jìn)而控制輸出電流保持正弦波輸入公用電網(wǎng)?？刂齐娐肥怯扇齻€模糊控制器組成。其中，模糊控制器3用來控制Boost升壓電路，提高光伏電池陣列的功率轉(zhuǎn)化效率，對光伏電池陣列進(jìn)行最大功率點跟蹤。模糊控制器1和模糊控制器2用來控制逆變電路，滿足逆變并網(wǎng)要求的直流母線電流的同頻同相。
【IPC分類】H02J3/40, H02J3/38, H02S40/32
【公開號】CN204858588
【申請?zhí)枴緾N201520539937
【發(fā)明人】王川川, 王峰, 吳謙
【申請人】安徽理工大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年7月22日