基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制方法   0    0

本发明涉及一种基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制方法，首先将不确定光伏系统的最大功率追踪问题重新诠释在奇异非线性系统的模型框架下。接着，使用T‑S模糊建模的方法，选取20个模糊集对不确定奇异非线性系统进行模糊后，得到不确定奇异T‑S模糊系统。在此基础上，设计基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制器，进一步考虑光伏模糊系统与基于辐照度估计的反馈控制器前件变量的不同步问题，实现光伏系统的最大功率追踪鲁棒控制。本发明可以实现光伏系统辐照度的估计与反馈控制，实现光伏系统的最大功率追踪，提高光伏发电效率，具有广阔的市场应用前景。

1.一种基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：根据物理学原理，建立具有太阳光辐照度的最大功率追踪问题的光伏发电系统数学模型，并表达为奇异系统模型；
所述具有太阳光辐照度的最大功率追踪问题的光伏发电系统数学模型如公式(1)所示：
式中，VPV和φpv分别是太阳能光伏的输出电压与输出电流；Cpv表示光伏输出侧的电容；
φL和φ0分别是电感电流和负载电流；L和C0是变换器内部的电感与电容；R0，RL和RM分别是输出负载电阻、电感电阻和MOSFET管上的电阻；v0和VD分别是输出电压和流过电力管两端电压；u表示占空比取值u∈[0，1]；G是太阳的辐照度；Np和Ns分别是并行发电单元与串级发电单元的数量； φirr，ref代表参数φirr的参考值，φirr表示当光伏在太阳光下所产生的光电流，Gref是太阳辐照度的参考值； 表示光伏的温
度系数，T是温度，Tref是温度的参考值； Rp，ref表示晶体管关断参考电阻，Gref是太阳光辐照度的参考值；φ0，ref表示输出电流的参考值； Eg表示发电量，Eg，ref是发电量的参考值，k表示常数系数； q是电荷，Rs表示串级的电阻，n表示二极管的理想因子；
步骤S2：根据得到光伏发电系统数学模型，构建基于太阳辐照度估计的反馈控制器；
步骤S3：根据基于太阳辐照度估计的反馈控制器，构建得到太阳能光伏发电实验系统。

2.根据权利要求1所述的基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制方法，其特征在于：所述太阳能光伏发电实验系统包括光伏发电板、变换器、负载、基于太阳光辐照度的估计器、反馈控制器。

3.根据权利要求1所述的一种基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制方法，其特征在于：所述表达为奇异系统模型具体包括以下步骤：
步骤S11：定义 是参考的光伏电压，并定义x(t)＝[ζ(t) φL v0 
T
G] ，选择前件变量 z5＝vpv，z6＝T，z7＝G，z8＝φpv，
步骤S12：将光伏非线性系统通过以下的奇异T-S模糊模型来近似表达：
式中， z(t)＝[z1，z2，…，
z10]，Al和Bl是最大功率追踪问题的太阳能光伏发电系统数学模型在z1-z10进行线性化得到的系统矩阵，
g表示模糊集数量，r表示模糊规则数量。

4.根据权利要求1所述的一种基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制方法，其特征在于：步骤S2中，定义 为由前件变量z7的估计值 产生；所述基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制器具有以下形式：
式中， 和B(μ)是系统参数矩阵， 是观测器增益， 是控制器矩阵。

5.根据权利要求4所述的一种基于太阳辐照度估计的光伏系统最大功率追踪鲁棒控制方法，其特征在于：所述步骤S2具体为：
步骤S21：定义 并且根据(2)-(4)得到以下的闭环系统，
其中
F＝[1 0 0 0]
步骤S22：定义如下函数：
其中 并且 进一步考虑如下的性能指标函
数：
根据式(6)和(7)得到：如下的不等式成立可以保证闭环的光伏系统是渐进稳定的并具有H∞的性能，
其中★代表矩阵的对称项；
步骤S23：定义
其中 和
是对称正定矩阵，{P1(1)，P2(1)，P1(2)，P2(2)}是具有适当维数的矩阵，{P1(3)，P2(3)}是标量；
由公式(10)的定义可得：
其中
将公式(10)代入(9)后，得到
其中
符号Sym表示矩阵与矩阵的转置和；
通过定义 并对公式(12)进行全等变换，再使用锥补引理后得到：
其中
通过抽出模糊隶属度函数后，得到：
其中
步骤S24：由于 导致公式 不再成
立，找到一个标量δl满足 定义对称矩阵Ml并给定前提条件Φls+Ml≥0，得到：
定义 以至于公式
成立；
步骤S25：求解如下的线性矩阵不等式去获得控制器增益Ks，
Пll＜0，l∈L                      (16)
Пls+Пsl＜0，1≤l＜s≤r            (17)
其中
控制器增益可以计算如下：
步骤S26：通过以上获得的控制器增益Ks，进一步求解如下的线性矩阵不等式去获得观测器增益Ls，
其中
获得γ，P1，P2和 并且计算观测器增益
步骤S27：使用矩阵P1，P2并且解决如下的矩阵不等式
其中
获得 和控
制器增益 如果 使用控制器增益 并且跳转到步骤S36；如果 停止计
算并输出次优的结果：γ，Ks，Ls。