基于改进型非奇异终端滑模控制的光伏MPPT实现.docx
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2022-12-15
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1 引言
在全球能源紧张、碳排放和环境污染问题等严峻背景之下,大力发展光伏、
风力、水力等可再生能源发电技术,实现传统能源向可再生能源的过渡,是中国
乃至全球实现“双碳”与绿色可持续发展目标的重要途径。然而,光伏发电具有随
机性和间歇性,光伏阵列的输出功率受到外界环境和负载的影响
[1]
。为提高光伏
发 电 系 统 的 效 率 , 设 计 合 适 的 最 大 功 率 点 跟 踪 (Maximum power point
tracking,MPPT)控制方法显得至关重要。经典控制方法主要有扰动观察法
[2]
和
电导增量法
[3]
等,但存在振荡和误判等问题。随着现代控制理论的发展,基于智能
算法的 MPPT 控制策略被相继提出,例如模糊控制
[4]
、遗传算法控制
[5]
、神经网
络控制
[6]
等。这些控制算法可以精确寻找最大功率点,提高系统的鲁棒性,但同时
也存在算法原理复杂、内存消耗大、成本昂贵等不足。
滑模控制凭借控制原理简单、大信号稳定、鲁棒性强等优势
[7]
吸引了众多
学者的关注,已有大量的文献将滑模控制技术应用至光伏 MPPT 方案中。文献[8]
和文献[9]根据光伏电池的输出特性设计切换面,得到的仿真结果与扰动观察法
进行对比,具有稳态精度高等优势。文献[10]则将最大功率点连线近似为一条直
线,并设计光伏电压和电流的线性函数作为滑模面。虽然控制方法简单,但实际
上光伏电池输出特性曲线的最大功率点连线并非一条理想直线。文献[11]结合
变步长电导增量法和传统线性滑模控制算法,可有效缩短动态调节时间,降低稳
态抖振幅度。针对滑模控制在稳态容易出现的抖振现象
[7]
,文献[12]提出一种基
于超螺旋二阶滑模控制的 MPPT 实现方法,并设计了一种简单无抖振控制器,具
有良好的控制效果。
研究表明,传统线性 滑模控制 在收敛时间和动态特性上都不是最 优,为 此,
将终端滑模控制应用至光伏 MPPT 中可改善系统向平衡状态收敛速度,并且可
在有限的时间内到达平衡点
[13]
。文献[14]设计了基于光伏电压误差的非奇异终
端滑模双环控制,与 PI 控制系统相比功率提取增加了 10%。但该算法需要一个
不确定性的上限,并且必须在鲁棒性和抖振效应之间进行折衷。文献[15]则设计
基于功率误差的终端滑模控制器,使单相光伏并网系统具有更低的谐波含量,但
控制器的计算量较大。文 献[16]则选取光伏输出电流设计终端滑模控制器,虽
然控制效果比传统方法优异,但没有考虑到滑模控制律趋于无穷大导致系统进
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