农田光伏供电装置的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能供电系统技术领域，是一种农田光伏供电装置的控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国农业现代化的快速发展，各种田间测试设备越来越多，为了更好的对大 田间的各项数据进行测试和传输，就需要选择一种方便高效的野外电源系统，由于太阳能 发电具有便利、清洁、无污染等特点，已成为大田测试设备供电的主要选择。但是太阳能光 伏电池在不同温度和光照作用下，其输出功率呈非线性变化，不能始终工作在最大功率点 处；同时，现有的控制器采用的控制算法都存在着最大功率点附近扰动较大、受环境影响较 大、鲁棒性较差等问题。因此，亟需提供一种高效、快速、稳定性高的控制方式，以提高整个 太阳能光伏供电系统的供电效率。
【发明内容】
[0003] 本发明提供了一种农田光伏供电装置的控制方法，克服了上述现有技术之不足， 其能有效解决现有控制器存在的最大功率点附近扰动较大、受环境影响较大、鲁棒性较差 的问题。
[0004] 本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种农田光伏供电装置的控制方 法，农田光伏供电装置包括农田光伏供电装置本体、采集模块和模糊自寻优控制器，采集模 块包括能够采集农田光伏供电装置本体输出电压的电压传感器、能够采集农田光伏供电装 置本体输出电流的电流传感器，采集模块的输出端与模糊自寻优控制器的输入端电连接， 模糊自寻优控制器的输出端与农田光伏供电装置本体的控制端电连接，其中，模糊自寻优 控制器的控制方法按照下述步骤执行：
[0005] 第一步，通过电压传感器采集采集农田光伏供电装置本体的输出电压，通过电流 传感器采集农田光伏供电装置本体的输出电流；
[0006] 第二步，通过输出电压和输出电流，计算出第η时刻输出功率与第n-1时刻输出功 率之差的实际值e(n);
[0007] 第三步，按照公式E(n)=e(n)XKe，求出E(n);
[0008] 第四步，提取第11-1时刻步长的实际值&(11-1)，按照公式4(11-1)= &(11-1)\1((&-1)，求出A(n-l);
[0009] 第五步，根据E(n)和A(n-l)，对照自寻优规则表得出A(n)，自寻优规则表如下：
[0011] 第六步，根据公式a(n)=A(n) XK(a)，求出第η时刻步长的实际值a(n);
[0012] 第七步，根据公式D(n)=D(n-l)+a(n)，求出第η时刻的占空比步长D(n);
[0013] 第八步，模糊自寻优控制器将第η时刻的占空比步长D(n)指令输出至农田光伏供 电装置本体的控制端；
[0014] 其中，
[0015] e(n)为第n时刻输出功率与第n-1时刻输出功率之差的实际值；
[0016] E(n)为经模糊量化后的功率差值；
[0017] Ke、K(a_l)、K(a)分别为量化因子；
[0018] a(n-l)为第n-Ι时刻步长的实际值，A(n-l)为这个步长值对应于模糊集论域中的 值；
[0019 ] a (η)为第η时刻步长的实际值，Α( η)表示这个步长值对应于模糊集论域中的值； [0020] D(n)为控制量，即第η时刻的占空比步长；
[0021 ] D(n_l)为第n-Ι时刻给出的占空比；
[0022] 自寻优规则表中^(11) = {咄，匪，吧，腸，？0，？5，？]\^8}4(11-1) = {咄，匪，吧，？5， PM，PB}，NB为负大、匪为负中、NS为负小、NO为负零、PO为正零、PS为正小、PM为正中、PB为正 大。
[0023] 下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
[0024] 上述农田光伏供电装置本体包括光伏组件、第一电路、第二电路，第一电路的左端 与光伏组件的第一极电连接，第二电路的左端与光伏组件的第二极电连接，第一电路与第 二电路之间由左至右依次并联有第一电容、场效应晶体管、第二电容、负载，第一电容与场 效应晶体管之间的第一电路上串联有电感，场效应晶体管与第二电容之间的第一电路上串 联有二极管，电压传感器并联在第一电路和第二电路之间；电流传感器通过第三电路连接 在第二电容与负载之间的第一电路上；电压传感器的输出端、电流传感器的输出端分别与 模糊自寻优控制器的输入端电连接;模糊自寻优控制器的输出端经过脉冲宽度调制器连接 至场效应晶体管。
[0025]上述第三电路上串联有LC低通滤波器。
[0026]本发明结构合理而紧凑，使用方便，其将模糊自寻优算法应用到农田光伏供电装 置的最大功率跟踪控制中，根据功率值的变化量和前一时刻的占空比调整步长，来决定这 一时刻的占空比调整步长;本发明提供了一种尚效、快速、稳定性尚的控制方式，可以提尚 整个农田光伏供电装置的供电效率;解决了光伏电池 P-U输出特性曲线在最大功率点两侧 完全不同，常规模糊控制的隶属度函数及控制规则较难考虑光伏电池这一特点，在最大功 率点附近会存在功率波动，影响控制精度和农田光伏供电装置的稳定性的问题，具有安全、 省力、简便、高效的特点。
【附图说明】
[0027]附图1为本发明最佳实施例中模糊自寻优控制器的控制方法的逻辑框图。
[0028]附图2为本发明最佳实施例中农田光伏供电装置的结构框图。
[0029]附图3为本发明最佳实施例的仿真结果图。
[0030]附图4为本发明与传统模糊控制法控制功率输出的对比试验仿真结果图。
[0031 ]附图中的编码分别为：1为采集模块，2为模糊自寻优控制器，3为光伏组件，4为第 一电路，5为第二电路，6为二极管，7为脉冲宽度调制器，8为LC低通滤波器。
【具体实施方式】
[0032]本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体 的实施方式。
[0033]下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
[0034] 如附图1、2所示，该农田光伏供电装置的控制方法中，农田光伏供电装置包括农田 光伏供电装置本体、采集模块1和模糊自寻优控制器2,采集模块1包括能够采集农田光伏供 电装置本体输出电压的电压传感器、能够采集农田光伏供电装置本体输出电流的电流传感 器，采集模块1的输出端与模糊自寻优控制器2的输入端电连接，模糊自寻优控制器2的输出 端与农田光伏供电装置本体的控制端电连接，其中，模糊自寻优控制器2的控制方法按照下 述步骤执行：
[0035]第一步，通过电压传感器采集采集农田光伏供电装置本体的输出电压，通过电流 传感器采集农田光伏供电装置本体的输出电流；
[0036] 第二步，通过输出电压和输出电流，计算出第η时刻输出功率与第n-1时刻输出功 率之差的实际值e(n);
[0037] 第三步，按照公式E(n)=e(n) XKe，求出E(n);
[0038] 第四步，提取第n_l时刻步长的实际值a(n_l)，按照公式A(n_l) =a(n_l) X K(a_ 1)，求出A(n-l);
[0039]第五步，根据E(n)和A(n-l)，对照自寻优规则表得出A(n)，自寻优规则表如表一所 示：
[0040]表一：
[0042] 第六步，根据公式a(n)=A(n) XK(a)，求出第η时刻步长的实际值a(n);
[0043] 第七步，根据公式D(n)=D(n_l)+a(n)，求出第η时刻的占空比步长D(n);
[0044] 第八步，模糊自寻优控制器2将第η时刻的占空比步长D(n)指令输出至农田光伏供 电装置本体的控制端；
[0045] 其中，
[0046] e(n)为第η时刻输出功率与第n-1时刻输出功率之差的实际值；
[0047] E(n)为经模糊量化后的功率差值；
[0048] Ke、K(a_l)、K(a)分别为量化因子；
[0049] a(n-l)为第n-1时刻步长的实际值，A(n-l)为这个步长值对应于模糊集论域中的 值；
[0050] a (η)为第η时刻步长的实际值，Α( η)表示这个步长值对应于模糊集论域中的值；
[0051] D(n)为控制量，即第η时刻的占空比步长；
[0052] D(n_l)为第n-1时刻给出的占空比；
[0053] 自寻优规则表中^(11) = {呢，匪，吧小0，？0，？5，？]\^8}4(11-1) = {呢，匪，吧，？5， PM，PB}，NB为负大、匪为负中、NS为负小、NO为负零、PO为正零、PS为正小、PM为正中、PB为正 大。
[0054] 本发明根据功率值的变化量和前一时刻的占空比调整步长，来决定这一时刻的占 空比调整步长，模糊自寻优控制器2的第η时刻的输入量为第η时刻的功率变化量和第n-1时 刻的占空比步长值，第η时刻的输出量为第η时刻的占空比步长，占空比调整算法为D(n)=D (n_l)+a(n)〇
[0055] 为了保证输出功率变化自寻优过程的稳定性，本文加入了一个停步环节，若由于 外界温度、光照强度干扰使功率出现较大波动时，暂停搜索，以避免出现误动作。
[0056] 在输入参数中，e(n)表示第η时刻与第n-1时刻输出功率之差的实际值，E(n)表示 这个差值对应于模糊集论域中的值，量化后的值真实反映功率的变化，根据多次试验，针对 小型的农田光伏供电装置设定一个初始的步长值。e(n)的大小决定本次输出功率的寻优步 长大小，e (η)的符号决定本次输出功率的寻优步长的符号。a(n_l)表不第n-1时刻步长的实 际值，A(n-1)表示这个步长值对应于模糊集论域中的值。
[0057] 在输出参数中，a(n)表示第η时刻步长的实际值，A(n)表示这个步长值对应于模糊 集论域中的值。<