光伏发电系统MPPT固定频率滑模控制,这是一篇与光伏发电论文范文相关的免费优秀学术论文范文资料,为你的论文写作提供参考。
光伏发电论文参考文献：
摘 要：基于光伏电池的数学模型,采用Buck电路作为实现电路,以开关周期平均状态概念为基础,建立光伏发电系统的平均状态数学模型.基于滑模控制理论和光伏电池的工作特性,设计了光伏发电系统最大功率点跟踪固定频率滑模控制器,对控制器的固定频率滑模控制算法采用Lyapunov方法进行了存在性和稳定性分析.在理论分析基础上,对光伏发电系统及固定频率滑模控制器进行了数字仿真和实际物理系统实验.仿真和实验结果表明,所设计的固定频率滑模控制器抖振很小,能很好地实现光伏发电系统最大功率点跟踪,控制算法实用有效.
关键词：光伏电池；最大功率点跟踪；固定频率滑模控制；Buck电路
中图分类号：TM615文献标识码：A
随着人类社会的发展和进步,能源问题越来越成为人们关注的焦点.到目前为止,人类使用的能源大部分来自矿物燃料,在产生大量二氧化碳等温室气体、并带来环境灾难的同时,随着地球有限矿物燃料资源不断消耗,人类将面临着矿物燃料枯竭的尴尬局面.因此,必须加快寻找和研究其他替代能源.
太阳能因其无污染,无噪声,永不枯竭,是一种理想“清洁”的可再生能源.应用太阳能的最普遍的方法是通过光伏电池接收太阳能发电,光伏电池本身的非线性输出特性以及光伏电池接收光能受环境影响等因素,为了实现光伏发电系统输出最大功率,必须对光伏发电系统进行最大功率点跟踪（maximum power point tracking,MPPT）.人们对MPPT方法进行了很多研究,如固定电压法＼[1＼]、扰动观测法＼[1＼]、模糊控制法＼[2＼]、基于输出参数法＼[3＼]等等.滑模变结构控制（简称滑模控制）是一种特殊的非线性控制方法,因其动态响应快,鲁棒性强等特点,在很多方面得到很好的应用,也非常适合采用各种开关变换器的光伏发电系统MPPT控制.有文献对采用BuckBoost电路结构的光伏发电系统应用常规滑模控制技术进行了研究＼[4＼],取得了较好的效果,但采用常规滑模控制技术实现MPPT控制会造成开关器件工作频率不固定,实际应用系统器件参数的设计困难.另外,实际应用系统也不可能工作于过高的切换频率,只能实现准滑模控制.针对这些问题,可以采用脉宽调制滑模控制方法＼[5-8＼] .本文提出了一种采用Buck型变换器的光伏发电系统MPPT的固定频率滑模（fixedfrequencyslidingmode,FF）控制方法,很好地实现了光伏发电系统的MPPT功能,仿真和实验结果验证了所提出的控制方法的可行性和有效性.
1光伏发电系统
1.1光伏电池特性
当光伏电池工作时,其输出特性不仅与环境如温度、光照等有关,而且有着强烈的非线性.不失一般性,本文采用光伏电池简单模型＼[9-11＼] ：
i等于ISC-IOexp（qv*T）-1.（1）
式中：i为光伏电池输出电流；v为光伏电池输出电压；ISC为光生电流；IO为二极管反向饱和漏电流；q为电子电荷量（1.6×10-19 c）；A为二极管理想常数（其值为1～2）；K为玻耳兹曼常数（1.38×10-23 J/K）；T为光伏电池工作温度.
光伏电池输出功率为：
p等于vi等于v[ISC-IO（exp（qv*T）-1）]. （2）
式中：p为光伏电池输出功率.
由式（1）和式（2）可分别得到光伏电池的iv曲线和pv曲线,分别如图1和图2所示.
由图2可知,光伏电池的pv曲线为一单峰函数,存在着一最大功率点 （maximum power point,MPP）,且在此点,p/v等于0＼[5＼].MPPT研究的关键点就是使光伏电池稳定工作在最大功率点MPP.
图1光伏电池iv曲线
Fig.1Curve of iv for photovoltaics
图2光伏电池pv曲线
Fig.2Curve of pv for photovoltaics
1.2太阳能转换电路
为了实现光伏电池最大功率跟踪,需要采用一功率转换电路,常用的高效率、低电压型Buck型变换器是首选开关电路变换器之一.本文采用的具体光伏电池最大功率跟踪系统如图3所示.
图3光伏电池最大功率跟踪系统结构图
Fig.3 Structure chart of system for photovoltaics MPPT
图3中,i,v分别为光伏电池输出电流和电压；iL为电感L的电流；iR,vR分别为负载电流和电压；u为开关器件Q的驱动函数；当u等于1时,开关Q接通,当u等于0时,开关Q关闭；R为光伏发电系统的等效负载.在设计各器件参数时,确保电感L工作在电流连续模式（CCM）.
2FF控制方案
2.1数学模型分析
对于图3所示的光伏电池阵列MPPT系统,根据开关Q的通和断可以分别得到在开关Q处于通和断两种状态下的动态数学模型：
等于1C1i-1C1iL,
L等于-1LvR+1Lv,
R等于1C2iL-1C2iR； （3）
等于1C1i,
L等于-1LvR,
R等于1C2iL-1C2iR. （4）
当光伏发电系统以固定开关频率工作于脉宽调制（pulse wide modulation, PWM）模式时,其开关周期平均状态模型可从式（3）和式（4）得到＼[12＼]：
等于1C1I-1C1ILd,
L等于-1LVR+1LVd,
R等于1C2IL-1C2IR. （5）
式中：V,I,IL,VR,IR分别对应变量v,i,iL,vR,iR的开关周期平均值；d为开关管Q工作的占空比即电路的控制量.令
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