光伏系统最大功率点自抗扰跟踪技术研究
发布时间：2021-11-19 02:16
光伏组件在自然环境下,太阳光照强度和温度的不确定性使得光伏发电系统输出功率具有很大的波动性和不确定性,电能质量得不到保证。本文针对传统控制策略下输出的并网电流的动态性能与稳态性能差的问题进行了研究和改进,运用自抗扰技术设计了最大功率点跟踪控制器。具体工作内容如下:针对光伏电池自身输出特性进行了分析,选用Boost直流变换器,在Simulink中搭建了光伏发电系统模型。针对光伏发电系统,研究了最大功率点跟踪技术的控制原理,并对传统PID控制算法进行了分析,设计了基于PID算法的MPPT控制器,发现其存在响应速度慢,抗干扰能力差的缺陷。然后对比了PID算法在外界条件变化下控制性能较差,设计了基于线性自抗扰的MPPT控制器算法,将光伏系统的未知扰动与外界扰动归结于对系统的总扰动后给予补偿,分析了跟踪微分器、扩张状态观测器与非线性误差反馈率的设计结构并给出了仿真模型,在Simulink环境下进行了仿真分析,并与传统PID控制算法进行比对,仿真结果表明所设计的线性自抗扰MPPT控制器能够在保证控制精度的情况下,无超调且调节时间明显减少,鲁棒性提高,控制效果优于PID控制。分析了太阳能电池串联电路...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界光伏市场发展及增长预测
中北大学学位论文92自抗扰控制技术传统PID控制在工业中占着较大的比重，但是PID存在明显的快速性与超调的矛盾，且在外界干扰下的表现尤为明显，而自抗扰对于抗干扰的作用非常明显，可以有效地提高控制的鲁棒性与稳定性，同时对于非线性系统也能有较好的控制效果[29][30]。在完成控制策略的思路设计过程中，无需再配置极点，选择用非线性函数来完成工作，用非线性反馈来控制实际值和设定值之间的误差值的数值以及方向。自抗扰在控制效果上的指标明显优于PID控制算法。2.1自抗扰控制技术的产生给定一个二阶系统如式2-1所示：)),(,,(buttwyyfy(2-1)式2-1中：tw)(是外部扰动，ttwyyf)),(,,(是包含系统本身内扰和外界扰动的总扰动。给出状态变量：yx1，yx2，得到式2-2的状态方程：121221)),(,,(xybuttwxxfxxx(2-2)整个自抗扰技术的核心就在于：这个“总和扰动”的实时作用量的估计和补偿。我们的目的是把式2-1转换为形式和式2-2相似的线性积分器串联型控制系统。PID控制算法是一种基于误差反馈来消除误差的控制方法，比例用于提升快速性，加快调节速度，积分表示的是系统的累计误差，用于消除静态误差，微分表示其系统的误差变化率，直接影响系统动态性能，由其控制结构如图2-1所示。图2-1PID算法控制框图Figure2-1PIDalgorithmcontrolblockdiagram
中北大学学位论文16与原系统进行比对，在系统输入单位阶跃信号的情况下，得到的仿真曲线如图2-2所示。图2-2被安排过渡过程的单位阶跃信号Figure2-2Stepcurvearrangedtransientanditsspeedsignal由图2-2中可以看出对于原系统而言，在5s左右之前便能上升到稳态，跟踪信号的输出始终保证在1，安排过渡过程的单位阶跃信号，虽然在快速性上没有明显的提高，但是可以通过调整参数来控制响应速度，同时可以看出安排过渡过程的信号跟踪输出为0，表明对系统的输出影响可以忽略，在对复杂系统的分析中，安排过渡过程可以较好地解决快速性与超调不可兼得的情况，在保证系统稳定性的前提下，提升系统指标。2.2.4用跟踪微分器配置系统零点在线性系统理论中，只要系统能控，就可以用状态反馈任意配置系统极点，但是若能实现配置系统零点的手法，有时能更有效地改善系统的动态性能。然而，零点配置是要用微分信号的，而传统的微分器对噪声很敏感，很难直接用于零点配置。这里由于TD对噪声有很好的滤波作用，所以可以用TD提供的微分信号来实现零点配置[37]，而且如果仔细对比最速微分跟踪器的离散形式如式2-21所示：),),(),()(()()1()()()1(02122211hrkxkvkxhfhankxkxkhxkxkx(2-21)我们会发现如果1x能很好的跟踪输入信号v，则12xx可以看作输入信号v的微分v
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球光伏产业发展形势及预测[J]. 尚丽萍. 太阳能. 2020(05)
[2]基于线性自抗扰控制技术控制器设计的控制方法[J]. 白杰,朱日兴,王伟,马振. 科学技术与工程. 2020(10)
[3]基于改进扰动观察法的光伏MPPT策略[J]. 艾永乐,刘群峰,韩朝阳,丁剑英. 武汉大学学报(工学版). 2020(04)
[4]单相并网逆变器的复合控制策略[J]. 郑宏,赵伟,林勇,沈思伦,曹其超. 电子器件. 2019(05)
[5]扩张状态观测器的观测误差前馈补偿设计[J]. 高钦和,董家臣. 国防科技大学学报. 2019(05)
[6]太阳能光伏产业的发展机遇与战略[J]. 江欣. 大众标准化. 2019(13)
[7]自抗扰控制器对扰动抑制的仿真分析[J]. 李岷钊. 科学技术创新. 2019(23)
[8]基于电导增量法与改进粒子群算法混合控制的最大功率点跟踪策略[J]. 徐建国,王海新,沈建新. 可再生能源. 2019(06)
[9]太阳能发电技术及其发展趋势和展望[J]. 上官小英,常海青,梅华强. 能源与节能. 2019(03)
[10]太阳能光伏发电应用的现状及发展[J]. 奎明玮,柴向春. 中国新通信. 2018(20)
硕士论文
[1]光伏发电并网控制系统的研究[D]. 袁乐.安徽理工大学 2017
[2]自抗扰控制在光伏并网发电系统低电压穿越中的应用研究[D]. 赵昕.兰州理工大学 2017
[3]基于LabVIEW的远程电能质量监测软件系统研制[D]. 吴达.吉林大学 2016
[4]单相光伏并网逆变器控制系统的研究[D]. 曹莹莹.河北工业大学 2014
[5]太阳能光伏系统最大功率跟踪控制策略研究[D]. 韩辉.沈阳工业大学 2013
[6]自抗扰控制器的设计与应用研究[D]. 孟凡东.哈尔滨理工大学 2009
本文编号：3504082
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界光伏市场发展及增长预测
中北大学学位论文92自抗扰控制技术传统PID控制在工业中占着较大的比重，但是PID存在明显的快速性与超调的矛盾，且在外界干扰下的表现尤为明显，而自抗扰对于抗干扰的作用非常明显，可以有效地提高控制的鲁棒性与稳定性，同时对于非线性系统也能有较好的控制效果[29][30]。在完成控制策略的思路设计过程中，无需再配置极点，选择用非线性函数来完成工作，用非线性反馈来控制实际值和设定值之间的误差值的数值以及方向。自抗扰在控制效果上的指标明显优于PID控制算法。2.1自抗扰控制技术的产生给定一个二阶系统如式2-1所示：)),(,,(buttwyyfy(2-1)式2-1中：tw)(是外部扰动，ttwyyf)),(,,(是包含系统本身内扰和外界扰动的总扰动。给出状态变量：yx1，yx2，得到式2-2的状态方程：121221)),(,,(xybuttwxxfxxx(2-2)整个自抗扰技术的核心就在于：这个“总和扰动”的实时作用量的估计和补偿。我们的目的是把式2-1转换为形式和式2-2相似的线性积分器串联型控制系统。PID控制算法是一种基于误差反馈来消除误差的控制方法，比例用于提升快速性，加快调节速度，积分表示的是系统的累计误差，用于消除静态误差，微分表示其系统的误差变化率，直接影响系统动态性能，由其控制结构如图2-1所示。图2-1PID算法控制框图Figure2-1PIDalgorithmcontrolblockdiagram
中北大学学位论文16与原系统进行比对，在系统输入单位阶跃信号的情况下，得到的仿真曲线如图2-2所示。图2-2被安排过渡过程的单位阶跃信号Figure2-2Stepcurvearrangedtransientanditsspeedsignal由图2-2中可以看出对于原系统而言，在5s左右之前便能上升到稳态，跟踪信号的输出始终保证在1，安排过渡过程的单位阶跃信号，虽然在快速性上没有明显的提高，但是可以通过调整参数来控制响应速度，同时可以看出安排过渡过程的信号跟踪输出为0，表明对系统的输出影响可以忽略，在对复杂系统的分析中，安排过渡过程可以较好地解决快速性与超调不可兼得的情况，在保证系统稳定性的前提下，提升系统指标。2.2.4用跟踪微分器配置系统零点在线性系统理论中，只要系统能控，就可以用状态反馈任意配置系统极点，但是若能实现配置系统零点的手法，有时能更有效地改善系统的动态性能。然而，零点配置是要用微分信号的，而传统的微分器对噪声很敏感，很难直接用于零点配置。这里由于TD对噪声有很好的滤波作用，所以可以用TD提供的微分信号来实现零点配置[37]，而且如果仔细对比最速微分跟踪器的离散形式如式2-21所示：),),(),()(()()1()()()1(02122211hrkxkvkxhfhankxkxkhxkxkx(2-21)我们会发现如果1x能很好的跟踪输入信号v，则12xx可以看作输入信号v的微分v
【参考文献】：
期刊论文
[1]全球光伏产业发展形势及预测[J]. 尚丽萍. 太阳能. 2020(05)
[2]基于线性自抗扰控制技术控制器设计的控制方法[J]. 白杰,朱日兴,王伟,马振. 科学技术与工程. 2020(10)
[3]基于改进扰动观察法的光伏MPPT策略[J]. 艾永乐,刘群峰,韩朝阳,丁剑英. 武汉大学学报(工学版). 2020(04)
[4]单相并网逆变器的复合控制策略[J]. 郑宏,赵伟,林勇,沈思伦,曹其超. 电子器件. 2019(05)
[5]扩张状态观测器的观测误差前馈补偿设计[J]. 高钦和,董家臣. 国防科技大学学报. 2019(05)
[6]太阳能光伏产业的发展机遇与战略[J]. 江欣. 大众标准化. 2019(13)
[7]自抗扰控制器对扰动抑制的仿真分析[J]. 李岷钊. 科学技术创新. 2019(23)
[8]基于电导增量法与改进粒子群算法混合控制的最大功率点跟踪策略[J]. 徐建国,王海新,沈建新. 可再生能源. 2019(06)
[9]太阳能发电技术及其发展趋势和展望[J]. 上官小英,常海青,梅华强. 能源与节能. 2019(03)
[10]太阳能光伏发电应用的现状及发展[J]. 奎明玮,柴向春. 中国新通信. 2018(20)
硕士论文
[1]光伏发电并网控制系统的研究[D]. 袁乐.安徽理工大学 2017
[2]自抗扰控制在光伏并网发电系统低电压穿越中的应用研究[D]. 赵昕.兰州理工大学 2017
[3]基于LabVIEW的远程电能质量监测软件系统研制[D]. 吴达.吉林大学 2016
[4]单相光伏并网逆变器控制系统的研究[D]. 曹莹莹.河北工业大学 2014
[5]太阳能光伏系统最大功率跟踪控制策略研究[D]. 韩辉.沈阳工业大学 2013
[6]自抗扰控制器的设计与应用研究[D]. 孟凡东.哈尔滨理工大学 2009
本文编号：3504082
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