一種基于蟻群算法的局部陰影下光伏陣列全局mppt方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著全球能源的減少和環(huán)境的不斷惡化，節(jié)能與環(huán)保引起了人們的關(guān)注，光伏發(fā) 電技術(shù)因其能源清潔且可再生而越來越受到重視。光伏電池是一種典型的非線性電源，其 輸出功率易受外界環(huán)境影響，如光照輻射強度、電池溫度等。為充分利用太陽能，提高光伏 電池的轉(zhuǎn)換效率，就需對光伏電池的輸出電壓及電流加以控制，保證光伏電池始終工作在 最大功率點（MPP)。
[0003] 針對光伏電池的最大功率跟蹤（MPPT)，常規(guī)的方法有固定電壓法（CV)、擾動觀察 法（P&0)、電導(dǎo)增量法（IC)等。其中P&0法控制簡單、易于實現(xiàn)，在工程上應(yīng)用較廣，IC法 跟蹤效果強于P&0法，但實現(xiàn)較復(fù)雜。這些算法對單峰值輸出的光伏陣列最大功率點跟蹤 取得了很好的效果，但在多云天氣及附近有建筑物、樹木遮擋時，光伏陣列可能發(fā)生局部陰 影情況，這時其功率輸出特性存在多峰，上述常規(guī)的算法容易陷入局部極值，不能輸出真實 的最大功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的為解決局部陰影下光伏陣列呈多峰輸出特性時的全局最大功率點 跟蹤問題，提出一種基于蟻群算法的局部陰影下光伏陣列全局MPPT方法。
[0005] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0006] 本發(fā)明所述的一種基于蟻群算法的局部陰影下光伏陣列全局MPPT方法，包括如 下步驟：
[0007] (1)利用蟻群算法結(jié)合PI控制器搜索光伏陣列工作于全局最大功率點處的電壓；
[0008] (2)通過PI控制器控制連接光伏陣列的Boost電路，使光伏陣列穩(wěn)定運行在（1) 所尋最佳電壓處；
[0009] (3)在最佳電壓處采用小步長的擾動觀察法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點。 [0010] 進一步，所述步驟（1)利用蟻群算法結(jié)合PI控制器尋優(yōu)的方法為：
[0011] (1-1)初始化算法各參數(shù)，確定螞蟻數(shù)量n及十進制電壓解精度，并構(gòu)造十進制數(shù) 尋優(yōu)地圖；
[0012] (1-2)利用蟻群算法和十進制尋優(yōu)地圖生成各螞蟻電壓解；
[0013] (1-3)依次把各螞蟻電壓解作為PI控制器的參考值與實測光伏陣列輸出電壓比 較，經(jīng)PI控制器得到脈沖寬度調(diào)制（PWM)占空比控制量；
[0014] (1-4)用PWM占空比控制量控制Boost電路，使光伏陣列輸出電壓穩(wěn)定在參考值 處，并測量各電壓解對應(yīng)的陣列輸出功率；
[0015] (1-5)比較各螞蟻所得的陣列輸出功率與目前記錄的最大功率，更新目前最大功 率值及其對應(yīng)的最佳電壓，更新十進制數(shù)尋優(yōu)地圖中的信息素及期望值；判斷是否滿足終 止迭代條件，若不滿足則回到（1-2)。
[0016] 進一步，步驟（2)中PI控制器是通過輸入電壓偏差得到PWM占空比控制量控制 Boost電路的開關(guān)管（IGBT)，使得陣列輸出電壓穩(wěn)定。
[0017] 進一步，所述步驟（3)采用小步長擾動觀察法精確跟蹤光伏陣列的全局最大功率 點的方法為：
[0018] (3-1)給PI控制器的電壓參考值施加一個小步長擾動量AV;
[0019] (3-2)測量光伏陣列輸出功率P(k+1)，并與P(k)比較得AP=P(k+l)_P(k);
[0020] (3-3)若Ap/AV為正，則下一步擾動量AV為正，反之則為負。
[0021] 本發(fā)明的特點及有益效果：
[0022] 1、采用十進制蟻群算法生成電壓變量對功率最大值尋優(yōu)，通過PI控制器控制陣 列的輸出電壓，有效提高系統(tǒng)的抗干擾性；
[0023] 2、蟻群算法結(jié)合擾動觀察法可以解決具有多峰輸出特性的光伏陣列最大功率點 跟蹤問題，克服常規(guī)算法跟蹤可能陷入局部最大功率點的缺點，能夠找到真正的全局最大 功率點并實現(xiàn)快速、準確的跟蹤。
【附圖說明】
[0024] 附圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0025] 附圖2為本發(fā)明的算法流程圖。
[0026] 附圖3為本發(fā)明的十進制數(shù)尋優(yōu)地圖。
[0027] 附圖4為本發(fā)明中小步長擾動觀察法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖和工作原理對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明是基于蟻群算法的光伏陣列最大功率點跟蹤方法，主要在光 伏陣列在局部陰影下時，因各組件光照不匹配導(dǎo)致陣列輸出特性呈多峰曲線，采用蟻群算 法生成電壓變量搜尋全局最大功率點，并利用PI控制器使系統(tǒng)工作穩(wěn)定；搜索結(jié)束后用小 步長擾動觀察法對其精確跟蹤，實現(xiàn)局部陰影下光伏陣列的全局最大功率點跟蹤。
[0030] 如圖2所示，本發(fā)明實施例的控制方法包括以下步驟：
[0031] 1、初始化算法各參數(shù)a、|3、p、Q，確定螞蟻數(shù)目m及十進制數(shù)位數(shù)D(本例m= 3,D= 3)〇
[0032] 2、根據(jù)圖3所示十進制尋優(yōu)地圖，螞蟻在圖中爬行生成路徑，得到各螞蟻電壓解。 尋優(yōu)地圖中，縱軸是十進制數(shù)X各位的值，橫軸依次表示十進制數(shù)X的各位，本例橫軸包括 兩個整數(shù)位和一個小數(shù)位，此圖亦可擴展成更高精度及多維變量。圖3中所示路徑表示一 個一維的決策變量，其值由下式?jīng)Q定：
【主權(quán)項】
1. 一種基于蟻群算法的局部陰影下光伏陣列全局MPPT方法，其特征是包括如下步驟： (1) 利用蟻群算法結(jié)合PI控制器搜索光伏陣列工作于全局最大功率點處的電壓； (2) 通過PI控制器控制連接光伏陣列的Boost電路，使光伏陣列穩(wěn)定運行在（1)所尋 最佳電壓處； (3) 在最佳電壓處采用小步長的擾動觀察法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蟻群算法的局部陰影下光伏陣列全局MPPT方法，其 特征是所述的步驟（1)為： (1-1)初始化算法各參數(shù)，確定螞蟻數(shù)量n及十進制電壓解精度，并構(gòu)造十進制數(shù)尋優(yōu) 地圖； (1-2)利用蟻群算法和十進制尋優(yōu)地圖生成各螞蟻電壓解； (1-3)依次把各螞蟻電壓解作為PI控制器的參考值與實測光伏陣列輸出電壓比較，經(jīng)PI控制器得到PWM占空比控制量； (1-4)用PWM占空比控制量控制Boost電路，使光伏陣列輸出電壓穩(wěn)定在參考值處，并 測量各電壓解對應(yīng)的陣列輸出功率； (1-5)比較各螞蟻所得的陣列輸出功率與目前記錄的最大功率，更新目前最大功率值 及其對應(yīng)的最佳電壓，更新十進制數(shù)尋優(yōu)地圖中的信息素及期望值；判斷是否滿足終止迭 代條件，若不滿足則回到（1-2)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蟻群算法的局部陰影下光伏陣列全局MPPT方法， 其特征是所述的步驟（2)為：PI控制器是通過輸入電壓偏差得到PWM占空比控制量控制 Boost電路的開關(guān)管，使得陣列輸出電壓穩(wěn)定。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于蟻群算法的局部陰影下光伏陣列全局MPPT方法，其 特征是所述步驟（3)為： (3-1)給PI控制器的電壓參考值施加一個小步長擾動量AV; (3-2)測量光伏陣列輸出功率P(k+1)，并與P(k)比較得AP=P(k+l)-P(k); (3-3)若AP/AV為正，則下一步擾動量AV為正，反之則為負。
【專利摘要】一種基于蟻群算法的局部陰影下光伏陣列全局MPPT方法，包括如下步驟：(1)利用蟻群算法結(jié)合PI控制器搜索光伏陣列工作于全局最大功率點處的電壓；(2)通過PI控制器控制連接光伏陣列的Boost電路，使光伏陣列穩(wěn)定運行在(1)所尋最佳電壓處；(3)在最佳電壓處采用小步長的擾動觀察法跟蹤光伏陣列的全局最大功率點。本發(fā)明采用十進制蟻群算法生成電壓變量對功率最大值尋優(yōu)，通過PI控制器控制陣列的輸出電壓，有效提高系統(tǒng)的抗干擾性；蟻群算法結(jié)合擾動觀察法可以解決具有多峰輸出特性的光伏陣列最大功率點跟蹤問題，克服常規(guī)算法跟蹤可能陷入局部最大功率點的缺點，能夠找到真正的全局最大功率點并實現(xiàn)快速、準確的跟蹤。
【IPC分類】G05F1-67
【公開號】CN104793691
【申請?zhí)枴緾N201510142633
【發(fā)明人】萬曉鳳, 胡偉, 余運俊, 胡海林, 康利平
【申請人】南昌大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年3月30日