一种基于蚁群算法的局部阴影下光伏阵列全局mppt方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光伏发电技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着全球能源的减少和环境的不断恶化，节能与环保引起了人们的关注，光伏发 电技术因其能源清洁且可再生而越来越受到重视。光伏电池是一种典型的非线性电源，其 输出功率易受外界环境影响，如光照辐射强度、电池温度等。为充分利用太阳能，提高光伏 电池的转换效率，就需对光伏电池的输出电压及电流加以控制，保证光伏电池始终工作在 最大功率点（MPP)。
[0003] 针对光伏电池的最大功率跟踪（MPPT)，常规的方法有固定电压法（CV)、扰动观察 法（P&0)、电导增量法（IC)等。其中P&0法控制简单、易于实现，在工程上应用较广，IC法 跟踪效果强于P&0法，但实现较复杂。这些算法对单峰值输出的光伏阵列最大功率点跟踪 取得了很好的效果，但在多云天气及附近有建筑物、树木遮挡时，光伏阵列可能发生局部阴 影情况，这时其功率输出特性存在多峰，上述常规的算法容易陷入局部极值，不能输出真实 的最大功率。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的为解决局部阴影下光伏阵列呈多峰输出特性时的全局最大功率点 跟踪问题，提出一种基于蚁群算法的局部阴影下光伏阵列全局MPPT方法。
[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的。
[0006] 本发明所述的一种基于蚁群算法的局部阴影下光伏阵列全局MPPT方法，包括如 下步骤：
[0007] (1)利用蚁群算法结合PI控制器搜索光伏阵列工作于全局最大功率点处的电压；
[0008] (2)通过PI控制器控制连接光伏阵列的Boost电路，使光伏阵列稳定运行在（1) 所寻最佳电压处；
[0009] (3)在最佳电压处采用小步长的扰动观察法跟踪光伏阵列的全局最大功率点。 [0010] 进一步，所述步骤（1)利用蚁群算法结合PI控制器寻优的方法为：
[0011] (1-1)初始化算法各参数，确定蚂蚁数量n及十进制电压解精度，并构造十进制数 寻优地图；
[0012] (1-2)利用蚁群算法和十进制寻优地图生成各蚂蚁电压解；
[0013] (1-3)依次把各蚂蚁电压解作为PI控制器的参考值与实测光伏阵列输出电压比 较，经PI控制器得到脉冲宽度调制（PWM)占空比控制量；
[0014] (1-4)用PWM占空比控制量控制Boost电路，使光伏阵列输出电压稳定在参考值 处，并测量各电压解对应的阵列输出功率；
[0015] (1-5)比较各蚂蚁所得的阵列输出功率与目前记录的最大功率，更新目前最大功 率值及其对应的最佳电压，更新十进制数寻优地图中的信息素及期望值；判断是否满足终 止迭代条件，若不满足则回到（1-2)。
[0016] 进一步，步骤（2)中PI控制器是通过输入电压偏差得到PWM占空比控制量控制 Boost电路的开关管（IGBT)，使得阵列输出电压稳定。
[0017] 进一步，所述步骤（3)采用小步长扰动观察法精确跟踪光伏阵列的全局最大功率 点的方法为：
[0018] (3-1)给PI控制器的电压参考值施加一个小步长扰动量AV;
[0019] (3-2)测量光伏阵列输出功率P(k+1)，并与P(k)比较得AP=P(k+l)_P(k);
[0020] (3-3)若Ap/AV为正，则下一步扰动量AV为正，反之则为负。
[0021] 本发明的特点及有益效果：
[0022] 1、采用十进制蚁群算法生成电压变量对功率最大值寻优，通过PI控制器控制阵 列的输出电压，有效提高系统的抗干扰性；
[0023] 2、蚁群算法结合扰动观察法可以解决具有多峰输出特性的光伏阵列最大功率点 跟踪问题，克服常规算法跟踪可能陷入局部最大功率点的缺点，能够找到真正的全局最大 功率点并实现快速、准确的跟踪。
【附图说明】
[0024] 附图1为本发明的系统结构图。
[0025] 附图2为本发明的算法流程图。
[0026] 附图3为本发明的十进制数寻优地图。
[0027] 附图4为本发明中小步长扰动观察法的流程图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和工作原理对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0029] 如图1所示，本发明是基于蚁群算法的光伏阵列最大功率点跟踪方法，主要在光 伏阵列在局部阴影下时，因各组件光照不匹配导致阵列输出特性呈多峰曲线，采用蚁群算 法生成电压变量搜寻全局最大功率点，并利用PI控制器使系统工作稳定；搜索结束后用小 步长扰动观察法对其精确跟踪，实现局部阴影下光伏阵列的全局最大功率点跟踪。
[0030] 如图2所示，本发明实施例的控制方法包括以下步骤：
[0031] 1、初始化算法各参数a、|3、p、Q，确定蚂蚁数目m及十进制数位数D(本例m= 3,D= 3)〇
[0032] 2、根据图3所示十进制寻优地图，蚂蚁在图中爬行生成路径，得到各蚂蚁电压解。 寻优地图中，纵轴是十进制数X各位的值，横轴依次表示十进制数X的各位，本例横轴包括 两个整数位和一个小数位，此图亦可扩展成更高精度及多维变量。图3中所示路径表示一 个一维的决策变量，其值由下式决定：
【主权项】
1. 一种基于蚁群算法的局部阴影下光伏阵列全局MPPT方法，其特征是包括如下步骤： (1) 利用蚁群算法结合PI控制器搜索光伏阵列工作于全局最大功率点处的电压； (2) 通过PI控制器控制连接光伏阵列的Boost电路，使光伏阵列稳定运行在（1)所寻 最佳电压处； (3) 在最佳电压处采用小步长的扰动观察法跟踪光伏阵列的全局最大功率点。
2. 根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的局部阴影下光伏阵列全局MPPT方法，其 特征是所述的步骤（1)为： (1-1)初始化算法各参数，确定蚂蚁数量n及十进制电压解精度，并构造十进制数寻优 地图； (1-2)利用蚁群算法和十进制寻优地图生成各蚂蚁电压解； (1-3)依次把各蚂蚁电压解作为PI控制器的参考值与实测光伏阵列输出电压比较，经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电路，使光伏阵列输出电压稳定在参考值处，并 测量各电压解对应的阵列输出功率； (1-5)比较各蚂蚁所得的阵列输出功率与目前记录的最大功率，更新目前最大功率值 及其对应的最佳电压，更新十进制数寻优地图中的信息素及期望值；判断是否满足终止迭 代条件，若不满足则回到（1-2)。
3. 根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的局部阴影下光伏阵列全局MPPT方法， 其特征是所述的步骤（2)为：PI控制器是通过输入电压偏差得到PWM占空比控制量控制 Boost电路的开关管，使得阵列输出电压稳定。
4. 根据权利要求1所述的一种基于蚁群算法的局部阴影下光伏阵列全局MPPT方法，其 特征是所述步骤（3)为： (3-1)给PI控制器的电压参考值施加一个小步长扰动量AV; (3-2)测量光伏阵列输出功率P(k+1)，并与P(k)比较得AP=P(k+l)-P(k); (3-3)若AP/AV为正，则下一步扰动量AV为正，反之则为负。
【专利摘要】一种基于蚁群算法的局部阴影下光伏阵列全局MPPT方法，包括如下步骤：(1)利用蚁群算法结合PI控制器搜索光伏阵列工作于全局最大功率点处的电压；(2)通过PI控制器控制连接光伏阵列的Boost电路，使光伏阵列稳定运行在(1)所寻最佳电压处；(3)在最佳电压处采用小步长的扰动观察法跟踪光伏阵列的全局最大功率点。本发明采用十进制蚁群算法生成电压变量对功率最大值寻优，通过PI控制器控制阵列的输出电压，有效提高系统的抗干扰性；蚁群算法结合扰动观察法可以解决具有多峰输出特性的光伏阵列最大功率点跟踪问题，克服常规算法跟踪可能陷入局部最大功率点的缺点，能够找到真正的全局最大功率点并实现快速、准确的跟踪。
【IPC分类】G05F1-67
【公开号】CN104793691
【申请号】CN201510142633
【发明人】万晓凤, 胡伟, 余运俊, 胡海林, 康利平
【申请人】南昌大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年3月30日