伴随着传统化石能源的不断消耗和环境污染等问题日益突出,太阳能凭借分布范围广、绿色环保以及能量密集等诸多优势吸引了国内外的普遍关注,并且光伏发电是目前实现“碳达峰、碳中和”目标的最有效的方式之一。然而,光伏阵列的输出功率随外部环境条件(如光照强度和温度)和负载变化而改变,不能保证系统在任何情况下都能输出最大功率,同时系统呈现极强的非线性特征。因此,本文针对独立光伏发电系统的单峰最大功率点跟踪(Maximum Power Point Tracking,MPPT),开展终端滑模控制方法的研究,以期提高光伏发电系统的能量转换效率。本文的主要研究内容包括:首先,建立了光伏电池数学模型并详细分析了单峰光伏曲线输出特性,明确光伏MPPT控制目标。对基于Boost电路的独立光伏发电系统进行建模分析,并详细设计了系统参数。针对传统线性滑模光伏MPPT方法响应速度慢、稳态抖振显著等不足,设计了改进型非奇异终端滑模控制方法并简化了滑模控制律,提高系统稳态精度,降低控制系统的复杂程度,同时解决了传统终端滑模控制方法的奇异问题。其次,为进一步提高光伏MPPT动态响应速度,提出了一种改进型全局快速非奇异终端滑模MPPT技术,即外环采用变步长电导增量方法实现最大功率点准确搜索,内环采用改进型全局快速非奇异终端滑模控制算法以保证系统的快速性、稳定性和鲁棒性。同时,采用粒子群优化算法对终端滑模控制器的参数进行优化,从而获得最佳的MPPT性能。最后,搭建了独立光伏发电系统实验平台,在不同工况下对两种改进型MPPT控制方法进行了实验,并与多种经典传统MPPT控制方法进行了对比分析。实验结果表明,在光照强度和温度变化的条件下,所提全局快速非奇异终端滑模MPPT可以快速跟踪光伏最大功率点,具有更高的稳态跟踪精度,系统具有很强的鲁棒性。
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