一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)，其特征在于它包括太陽(yáng)能電池板模塊、DC/DC變換器模塊、蓄電池模塊、直流負(fù)載模塊、PWM信號(hào)觸發(fā)模塊以及混沌抑制器模塊；其工作方法包括：數(shù)據(jù)采集、混沌判斷、控制信號(hào)輸出和混沌控制；其優(yōu)越性在于：①簡(jiǎn)單實(shí)用，可操作性強(qiáng)；②混沌判別器精度高，抗噪能力強(qiáng)，計(jì)算時(shí)間短，所需貯存空間?。虎蹖?shí)施簡(jiǎn)單；④控制代價(jià)小，工程易實(shí)現(xiàn)。
【專利說(shuō)明】一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)及其方法
(-)【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于電力電子技術(shù)以及電力系統(tǒng)光伏發(fā)電技術(shù)的交叉領(lǐng)域，特別是一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)及其方法。
(二)【背景技術(shù)】:
[0002]近年來(lái)，隨著傳統(tǒng)能源的急劇消耗以及對(duì)環(huán)境污染的加劇，新能源產(chǎn)業(yè)得到極大關(guān)注和大力支持，其中光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。目前，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)是典型的非線性電力系統(tǒng)，在遭受一定的擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)可能會(huì)失去穩(wěn)定性，比如出現(xiàn)混沌現(xiàn)象。因此，對(duì)光伏系統(tǒng)的混沌研究及控制至關(guān)重要。針對(duì)獨(dú)立光伏系統(tǒng)而言，混沌現(xiàn)象通常集中產(chǎn)生于DC/DC變換器。反饋控制的DC/DC變換器在其內(nèi)部參數(shù)的改變時(shí)會(huì)發(fā)生各類非線性現(xiàn)象，如倍周期分岔、邊界碰撞分岔和混沌等。工作在混沌態(tài)的DC/DC變換器，會(huì)引起紋波變大和電壓轉(zhuǎn)換效率降低等不良后果。因此有效的混沌控制可以避免系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而保障變換器工作性能。
[0003]目前針對(duì)變換器混沌控制的方法主要是參數(shù)微擾法。此方法利用混沌對(duì)微擾敏感的特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)某一參數(shù)進(jìn)行小攝動(dòng)，使系統(tǒng)穩(wěn)定到該混沌軌道上，在實(shí)際應(yīng)用中不易實(shí)現(xiàn)，且對(duì)參數(shù)變化和環(huán)境噪聲非常敏感。因此有必要尋求一種簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)的控制方法。時(shí)延反饋法將連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)與延遲狀態(tài)(過(guò)去某一時(shí)刻的狀態(tài))的差信號(hào)按一定比例反饋回系統(tǒng)本身，在系統(tǒng)演化的過(guò)程中，通過(guò)反饋信號(hào)的調(diào)節(jié)作用逐步將鑲嵌在混沌吸引子中的某條不穩(wěn)定的周期軌道穩(wěn)定住。與其他控制方法相比，這種方法不必預(yù)先掌握待控制系統(tǒng)的較多的信息，實(shí)施簡(jiǎn)單。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)及其方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，將混沌狀態(tài)下的系統(tǒng)穩(wěn)定在某條周期軌道上，提高光伏系統(tǒng)的穩(wěn)定性，且其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、易實(shí)現(xiàn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)，其特征在于它包括太陽(yáng)能電池板模塊、DC/DC變換器模塊、蓄電池模塊、直流負(fù)載模塊、PWM信號(hào)觸發(fā)模塊以及混沌抑制器模塊；其中，所述DC/DC變換器模塊的的輸入端采集光伏電池板模塊的輸出信號(hào)以及PWM信號(hào)觸發(fā)器的輸出信號(hào)，其輸出端連接蓄電池模塊和混沌抑制器模塊的輸入端；所述蓄電池模塊的輸出端連接直流負(fù)載模塊；所述混沌抑制器的輸入端連接DC/DC的輸出端，其輸出端與PWM信號(hào)觸發(fā)模塊的輸入端連接。
[0006]所述DC/DC變換器采用boost升壓電路結(jié)構(gòu)。
[0007]所述混沌抑制器模塊由數(shù)據(jù)采樣單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、主控制器單元、混沌判別器單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元、時(shí)延發(fā)生器單元以及控制信號(hào)發(fā)生器單元組成；其中，所述數(shù)據(jù)采樣單元的輸入端采集DC/DC變換器模塊的輸出電壓信號(hào)，其輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端；所述主控制器單元的輸入端連接A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端，其輸出端連接時(shí)延發(fā)生器單元的輸入端，且所述主控制器單元還分別與混沌判別器單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元呈雙向連接；所述控制信號(hào)發(fā)生器單元的輸入端連接時(shí)延發(fā)生器單元的輸出端，其輸出端連接PWM信號(hào)觸發(fā)器單元輸入端。[0008]所述A/D轉(zhuǎn)換單元采用芯片ADC0809，帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器，采用逐次近似來(lái)實(shí)現(xiàn)
模數(shù)轉(zhuǎn)化。
[0009]所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用可以同時(shí)讀寫，且斷電數(shù)據(jù)不丟失的Flash Memory閃存型存儲(chǔ)器。
[0010]所述主控制器單元采用AT89C52芯片。
[0011]一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟:
[0012]⑴數(shù)據(jù)采樣單元采集DC/DC變換器輸出的電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以備混沌判別器和時(shí)延發(fā)生器調(diào)取信號(hào)數(shù)據(jù)；
[0013]⑵混沌判別器依據(jù)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中調(diào)取的電壓信號(hào)計(jì)算系統(tǒng)最大李雅普諾夫指數(shù):若最大李雅普諾夫指數(shù)不為正，則判定系統(tǒng)未發(fā)生混沌；若最大李雅普諾夫指數(shù)為正，則判定系統(tǒng)發(fā)生混沌；
[0014]⑶當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生混沌時(shí)，時(shí)延發(fā)生器將調(diào)取存儲(chǔ)器中的數(shù)字電壓信號(hào)與延遲狀態(tài)電壓信號(hào)做差，并將差信號(hào)按一定增益輸入輸出信號(hào)控制器；
[0015]⑷控制信號(hào)發(fā)生器將接收到的時(shí)延信號(hào)加載到參考電流信號(hào)上，為PWM信號(hào)觸發(fā)器提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到混沌控制作用。
[0016]本發(fā)明的工作原理:
[0017]所述光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)電路原理圖如圖2所示。
[0018](I)混沌判別器設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖3):
[0019]首先采用下列方法來(lái)重構(gòu)相空間:1)求取原始時(shí)間序列的mtbp(原始時(shí)間序列的平均峰值時(shí)間)，讓ij/w=mtbp。帶有噪聲的時(shí)間序列可經(jīng)濾波后再求取mtbp ;2)選擇p=l,即ψ = Δ t ;3)m= ￥w Ψ+1。其中，m是嵌入維數(shù)；P是常數(shù)；Δ t是米樣周期；Ψ、￥w為時(shí)間窗
[0020]然后計(jì)算λ J最大李雅普諾夫指數(shù)W是重構(gòu)相空間Rm中M點(diǎn)重構(gòu)軌跡中的第i個(gè)點(diǎn)。假設(shè)重構(gòu)軌跡中的第i個(gè)點(diǎn)Xi的最近鄰為xip，即滿足:I I Xip-Xi I I =Hiinj I I Xj-Xi I I，
I.11為歐氏范數(shù)。其中，1、j為常數(shù)。在這里需要對(duì)兩點(diǎn)的時(shí)間間隔作出規(guī)定，假設(shè)￥wAt< I j-1 <R￥W/At, 1〈R〈10。I j-1 >Ψψ/Δ t可以保證Xi和Xip是在不同的軌道上。其中，而|j-1|〈RvwAt可以保證一次計(jì)算X1K需的點(diǎn)數(shù)很少，這樣不僅節(jié)省了大量的計(jì)算時(shí)間，而且大大地減少了計(jì)算時(shí)所需的存貯空間。R可以選擇為一個(gè)常數(shù)，用以避免最近鄰之間的距離為零，不可太大和太小。R太小會(huì)使最近鄰之間的距離受到噪聲的影響很大，而R太大又會(huì)使兩個(gè)最近鄰?fù)耆ハ嚓P(guān)性，同樣可能會(huì)出現(xiàn)距離為零的情況。
[0021]為了能在擴(kuò)散的最大方向上計(jì)算X1U),可用下式來(lái)求X1Q):
【權(quán)利要求】
1.一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)，其特征在于它包括太陽(yáng)能電池板模塊、DC/DC變換器模塊、蓄電池模塊、直流負(fù)載模塊、PWM信號(hào)觸發(fā)模塊以及混沌抑制器模塊；其中，所述DC/DC變換器模塊的的輸入端采集光伏電池板模塊的輸出信號(hào)以及PWM信號(hào)觸發(fā)器的輸出信號(hào)，其輸出端連接蓄電池模塊和混沌抑制器模塊的輸入端；所述蓄電池模塊的輸出端連接直流負(fù)載模塊；所述混沌抑制器的輸入端連接DC/DC的輸出端，其輸出端與PWM信號(hào)觸發(fā)模塊的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)，其特征在于所述DC/DC變換器采用boost升壓電路結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)，其特征在于所述混沌抑制器模塊由數(shù)據(jù)采樣單元、A/D轉(zhuǎn)換單元、主控制器單元、混沌判別器單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元、時(shí)延發(fā)生器單元以及控制信號(hào)發(fā)生器單元組成；其中，所述數(shù)據(jù)采樣單元的輸入端采集DC/DC變換器模塊的輸出電壓信號(hào)，其輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換單元的輸入端；所述主控制器單元的輸入端連接A/D轉(zhuǎn)換單元的輸出端，其輸出端連接時(shí)延發(fā)生器單元的輸入端，且所述主控制器單元還分別與混沌判別器單元和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元呈雙向連接；所述控制信號(hào)發(fā)生器單元的輸入端連接時(shí)延發(fā)生器單元的輸出端，其輸出端連接PWM信號(hào)觸發(fā)器單元輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換單元采用芯片ADC0809，帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器，采用逐次近似來(lái)實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)化。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器單元采用可以同時(shí)讀寫，且斷電數(shù)據(jù)不丟失的FlashMemory閃存型存儲(chǔ)器。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沌抑制系統(tǒng)，其特征在于所述主控制器單元采用AT89C52芯片。
7.一種基于時(shí)延反饋的光伏系統(tǒng)變換器混沛抑制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于它包括以下步驟: ⑴數(shù)據(jù)采樣單元采集DC/DC變換器輸出的電壓信號(hào)，信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，以備混沌判別器和時(shí)延發(fā)生器調(diào)取信號(hào)數(shù)據(jù)； ⑵混沌判別器依據(jù)從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中調(diào)取的電壓信號(hào)計(jì)算系統(tǒng)最大李雅普諾夫指數(shù):若最大李雅普諾夫指數(shù)不為正，則判定系統(tǒng)未發(fā)生混沌；若最大李雅普諾夫指數(shù)為正，則判定系統(tǒng)發(fā)生混沌； ⑶當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生混沌時(shí)，時(shí)延發(fā)生器將調(diào)取存儲(chǔ)器中的數(shù)字電壓信號(hào)與延遲狀態(tài)電壓信號(hào)做差，并將差信號(hào)按一定增益輸入輸出信號(hào)控制器； ⑷控制信號(hào)發(fā)生器將接收到的時(shí)延信號(hào)加載到參考電流信號(hào)上，為PWM信號(hào)觸發(fā)器提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)，起到混沌控制作用。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK103516022SQ201310463053
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】馬幼捷, 馬玲, 周雪松, 徐曉寧, 李季, 尹金良, 宋爽, 閔攀, 王彩明 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)