[发明专利]一种基于非奇异快速终端滑模控制的光伏系统最大功率点跟踪方法

说明书

本发明公开了一种基于非奇异快速终端滑模控制的光伏系统最大功率点跟踪方法，属于光伏发电技术领域；本发明先建立光伏系统中Boost变换器的数学模型，获得光伏系统的状态变量；再通过扰动观测算法搜寻最大功率点处对应的电压，将其作为参考电压；接着计算对光伏输出电压和参考电压之间的跟踪误差e₁，并对跟踪误差e₁求导，得到辅助跟踪误差e₂；然后设计新型非奇异快速终端滑模面，结合等效控制律和指数趋近律，得到开关控制量；最后对控制器进行稳定性分析。本发明在传统滑模面的基础上做出了改进，避免了终端滑模奇异问题的同时又能实现系统全局快速收敛，从而使系统具有良好的动态性能、稳定性和较强的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及光伏发电技术领域，更具体地说，涉及一种基于非奇异快速终端滑模控制的光伏系统最大功率点跟踪方法。

背景技术

能源是人类历史发展过程中必不可少的推动力，随着经济的快速发展，传统能源的短缺使得可再生能源得到了更多人的关注。作为一种重要的、清洁的可再生能源，光伏发电量在电网中的比重日益增加。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电的功率特别依赖于当前环境，其输出特性很大程度上受制于光照强度和光伏阵列的工作温度。为了充分利用太阳能提高光伏系统的发电量，需要光伏系统的输出功率自动跟踪外部光强的变化。因此，学者们提出了最大功率点跟踪(MPPT)技术。

目前，常用的最大功率点跟踪(MPPT)方法主要包括：开路电压法、扰动观测法(PO)和电导增量法(INC)等。虽然这些控制方法实现简单，但控制精度低、跟踪速度慢，存在误判和震荡的现象。随着智能控制理论的发展，粒子群优化算法，模糊逻辑控制，神经网络和自适应神经-模糊系统等理论在光伏发电的MPPT技术得以应用。但这些方法计算复杂，对处理器的性能要求高，很难实现。

为了提高MPPT算法的响应速度和控制精度，光伏系统采用了双环控制策略。首先对光伏电池的输出电压和输出电流进行信号采集，将采集的数据作为输入，再利用搜索算法(PO)计算得到参考电压；然后通过跟踪控制器，基于光伏输出电压对参考电压进行跟踪，使光伏输出电压达到最大功率点电压。

闭环控制常用的方法是线性控制，有学者对跟踪回路设计了线性控制器(PI)。但由于光伏发电系统的输出是非线性的，使用线性控制时系统动态性能差。因此，针对光伏系统的非线性的特点设计了许多非线性控制方法。其中滑模控制(SMC)因其实现简单、对模型精度要求不高、抗扰动能力强和动态跟踪性能良好，被广泛应用在光伏系统的MPPT方法中。但滑模控制会出现不能在有限时间内收敛、奇异现象和收敛速度慢的问题，不能很好的控制光伏系统。

期刊《太阳能学报》第41卷，第10期，第381-388页，提出了面向光伏最大功率跟踪的改进滑模控制方法，以连续的切换函数和对数趋近律为基础改进了滑模变结构控制方法。传统的滑模变结构控制中切换控制函数在趋近滑模面时会产生抖振现象，为了尽量消除在最大功率点处的抖振问题，定义了一种连续、无跳变间断点的切换函数，可以控制切换函数的幅值和切换过程的陡峭程度，通过仿真验证了该控制方法的有效性。但该方法不足之处在于：文中选择的滑模面为线性滑模面，系统到达滑模面时跟踪误差渐进收敛，无法使得跟踪误差在有限时间内收敛到零。

期刊《可再生能源》第36卷，第4期，第506-511页，提出了基于电压闭环滑模控制的变步长电导增量法MPPT策略，通过设计外环控制和内环控制来提高MPPT的响应速度。电压内环采用变步长电导增量法搜索最大功率点处的电压，与光伏实际输出电压作比较，将比较的差值定义为误差。进而使用误差和误差的变化率设计滑模面的切换函数，并结合指数趋近律得到控制律，能够提高系统的动态品质。最后，与PI控制器相比较，有较好的动态性能。但其并未对传统线性滑模函数存在的缺陷进行进一步的研究。

发明内容

1.发明要解决的技术问题