Electrical Automation
控制理论及其应用
Control Theory ＆ Its Applications
《
电气自动化
》2012
年第
34
卷 第
2
期
基于模糊
PID
控制的最大功率点跟踪技术研究
徐建军
，
牛迎标
，
薛晨光
，
王建任
（
东北石油大学 电气信息工程学院
，
黑龙江 大庆
163318）
摘 要
：
在全新的太阳能电池数学物理模型基础上
，
对最大功率点跟踪
（ MPPT）
技术进行了研究
。
针对扰动观察法后期容易出现的功
率振荡现象
，
将模糊
PID
控制用于跟踪最大功率点
，
并在
MATLAB
上搭建仿真电路
，
通过比较这两种方法的仿真结果
，
得出了
模糊
PID
控制方法的精确性
。
当光照强度变化时
，
通过观察仿真结果可知
，
模糊
PID
控制方法能快速和精确的跟踪到最大功
率点
。
关键词
：
太阳能电池
；
最大功率点跟踪
；
模糊
PID
控制
； Boost
电路
； MATLAB
仿真
［
中图分类号
］ TM615 ［
文献标志码
］ A ［
文章编号
］ 1000 － 3886（ 2012） 02 － 0007 － 03
Research of Maximum Power Point Tracking
Technology Based on Fuzzy PID Control
XU Jian-jun ，NIU Ying-biao，XUE Chen-guang，WANG Jian-ren
（ College of Electrical and Information Engineering ，Northeast Petroleum University，Daqing Heilongjiang 163318，China）
Abstract ： The maximum power point tracking （ MPPT） techniques based on a new mathematical model of solar cells we re studied． For the power
oscillation prone to appear in the latter part of Perturbation a nd observation method，applied fuzzy PID control to track maximum
power point and built the simulation circuit in the MATLAB． By comparing the simulation results of two methods，obtain the accuracy
of fuzzy PID control． When the light intensity changes，observed the results of simulation，the method of fuzzy PID control can rapidly
and accurately tra ck the maximum power point．
Keywords： Solar cells； Maximum power point tracking； Fuzzy PID control； Boost circ ui t； MATLAB simulation
收稿日期
： 2011 － 07 － 21
基金项目
：
黑龙江省重点攻关课题项目
（ GZ08A504）
0
引 言
光伏电池的输出特性具有明显的非线性
，
只有在某一电压下
才能输出最大功率
。
常见的最大功率点跟踪
（ the maximum power
point tracking： MPPT）
方法有恒压观测法
、
扰动观察法
、
电导增量
法
、
模糊控制法和神经网络预测法等
［1］
。
本文将模糊逻辑和
PID
控制相结合
，
通过在线调节
PID
参
数
，
从而调节
PWM
波形
，
达到控制
Boost
电路和光伏电池输出功
率的目的
。
并在
MATLAB
上进行仿真实验
，
结果证明可以精确
地跟踪到最大功率点
。
图
1
太阳能电池的等效电路
1
全新的太阳能电池数学物理模型
太阳能电池
的等效电路如图
1
所示
。
根据太阳能
电 池 的 等 效 电
路
，
可 以 推 导 出
光伏电池的
I － V
特性方程如下
：
I = I
ph
－ I
0
exp
q（ V + R
s
I）
[ ]
nkT
－
{ }
1 －
V + R
s
I
R
sh
（ 1）
这是从物理原理角度建立的最基本的表达式
，
目前已经广泛运用
在太阳能电池的分析中
［2］
。
表达式中的五个参数
I
ph
、I
0
、R
s
、R
sh
和
n
都与太阳能电池的表面温度和日照强度有关
，
在确定数据的
时候非常困难
，
所以并不适合在工程上使用
。
为了便于计算分析
，
通常需要以下五个参数
：
短路电流
I
sc
、
开
路电压
V
oc
、
最大功率点电压
V
m
、
最大功率点电流
I
m
、
最大功率点
功率
P
m
。
通常情况下
，（ V + R
s
I） /R
sh
远远小于电池电流
，
因此该项可
以被忽略
。R
s
小于二极管导通时的正向电阻
，
因此认为
I
ph
= I
sc
。
所以可将
（ 1）
式写为
：
I = I
sc
－ I
0
exp
q（ V + R
s
I）
[ ]
nkT
－
{ }
1
（ 2）
将
K
1
= nkT / q，K
2
I
SC
= I
0
代入
（ 2）
式
，
并忽略
R
s
I
项
，
则太阳能电
池的
I － V
方程简化为
：
I = I
sc
1 － K
1
exp
V
K
2
V
( )
oc
－
[ ]{ }
1
（ 3）
当
I = 0
时
，V = V
oc
； I = I
m
时
，V = V
m
，
代入
（ 3）
式可得
：
K
2
=
V
m
V
oc
－
( )
1
ln
1 －
I
m
I
( )[ ]
sc
－1
（ 4）
K
1
=
1 －
I
m
I
( )
sc
exp
－ V
m
K
2
V
( )
oc
（ 5）
这样
，
当知道
I
sc
、V
oc
、V
m
和
I
m
这四项参数时
，
就可以确定出
K
1
和
K
2
，
把
K
1
和
K
2
代入到
（ 3）
式
，
就可以得到太阳能电池的特
性方程
［3］
。
2
太阳能电池的输出特性
根据太阳能电池数学物理模型
，
以江阴浚鑫科技有限公司的
7
hwcao
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