基于模糊PID控制的太阳能光伏发电系统的MPPT研究

【摘要】：近年来，最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制问题已经成为了太阳能光伏发电系统中的热点研究问题。国内外学者提出了多种MPPT控制方法，其传统实现方法有固定电压法、扰动观察法、电导增量法、模糊控制法等。其中固定电压法控制方式简单，易于实现，但是，这种跟踪方式忽略了温度对太阳光伏阵列开路电压的影响；扰动观察法、电导增量法具有控制精确，响应速度比较快等优点，但是对硬件的要求比较高，系统成本较高；而模糊控制法适用于非线性系统。 针对现有方法的不足，本文从太阳能光伏阵列的输出特性出发，针对光伏阵列本身具有非线性、时变性和无法建立精确的数学模型的特征，以及传统模糊控制与PID控制难以满足精度高、鲁棒性好的要求，提出了一种基于模糊PID控制的最大功率点跟踪控制策略，并采用升压斩波电路（Boost电路）实现MPPT功能。 本文首先介绍了太阳能光伏发电系统的组成和分类，分析了光伏阵列的工作特性；接着分析了Boost电路在光伏发电系统中的实现；最后概述了太阳能最大功率点跟踪的模糊控制策略中几种控制器的基本原理，利用Matlab/Simulink进行仿真，分别搭建了PID控制器、模糊控制器以及模糊PID控制器的模型，将这几种控制器应用于光伏发电系统。 仿真结果表明，模糊PID控制方法不仅能快速响应外界环境的变化、有效消除传统模糊控制下最大功率点处的振荡现象，而且弥补了在PID控制下系统调节过渡时间较长的缺点，使光伏系统始终工作在最大功率点，提高了光伏系统的效率。 【关键词】：MPPT 光伏发电系统 升压斩波电路 模糊PID控制
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 本文研究背景9-11
• 1.1.1 能源危机与环境问题9-10
• 1.1.2 太阳能的开发利用以及其优点10-11
• 1.2 国内外光伏产业的进展11-13
• 1.2.1 我国光伏发电产业的发展11-12
• 1.2.2 国外光伏发电产业的发展12-13
• 1.3 光伏发电系统 MPPT 的研究现状13
• 1.4 本文的研究内容与主要工作13-15
• 第2章 太阳能光伏发电系统的概述15-20
• 2.1 太阳能光伏发电系统的组成15-16
• 2.2 太阳能光伏发电系统的分类16-19
• 2.2.1 独立运行光伏发电系统16-17
• 2.2.2 混合型光伏发电系统17
• 2.2.3 并网光伏发电系统17-19
• 2.3 本章小结19-20
• 第3章 光伏发电系统中的 Boost 电路和最大功率跟踪20-31
• 3.1 太阳能光伏阵列概述20-24
• 3.1.1 太阳能光伏电池的数学模型20-22
• 3.1.2 太阳能光伏阵列仿真模型22-23
• 3.1.3 太阳能光伏阵列的输出特性23-24
• 3.2 Boost 电路在光伏发电系统中的实现24-27
• 3.2.1 升压斩波电路的工作原理24-25
• 3.2.2 Boost 电路的实现过程25-27
• 3.3 光伏发电系统最大功率点跟踪原理及其常用方法27-30
• 3.3.1 固定电压法28-29
• 3.3.2 扰动观察法29
• 3.3.3 电导增量法29-30
• 3.3.4 模糊控制策略下的 MPPT 方法30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 光伏发电系统 MPPT 控制策略的研究与仿真31-51
• 4.1 MPPT 控制策略研究31-45
• 4.1.1 传统模糊控制器的设计31-38
• 4.1.2 PID 控制器设计38-40
• 4.1.3 模糊 PID 控制器的设计40-45
• 4.2 太阳能光伏发电系统的仿真45-50
• 4.2.1 MPPT 模块仿真45-46
• 4.2.2 PWM 模块仿真46
• 4.2.3 光伏系统的仿真46-47
• 4.2.4 仿真结果分析47-50
• 4.3 本章小结50-51
• 结论与展望51-53
• 参考文献53-56
• 致谢56-57
• 附录 A （攻读硕士期间发表的论文）57

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