一種基于模擬退火法的光伏最大功率跟蹤方法
【專利說明】一種基于模擬退火法的光伏最大功率跟蹤方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于模擬退火法的光伏系統(tǒng) 最大功率跟蹤的優(yōu)化算法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 近年來，由于化石燃料的大量、快速使用，環(huán)境問題及全球能源危機(jī)日益嚴(yán)峻。作 為主要的清潔可再生能源，太陽能發(fā)電得到了普遍的關(guān)注與重視并有著廣泛的應(yīng)用前景： 能源總量巨大，清潔無污染以及地理上不受限制，同時(shí)，太陽能發(fā)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定，易于實(shí) 施和維護(hù)。然而，在實(shí)際的光伏系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境中，周圍物體陰影的遮擋、太陽能板的污點(diǎn)、具 體安裝朝向不同等問題會(huì)嚴(yán)重影響光伏系統(tǒng)電產(chǎn)率。上述問題通常被稱為光伏系統(tǒng)的失配 問題，這會(huì)導(dǎo)致光伏陣列整體的輸出靜態(tài)特性曲線呈現(xiàn)出"多個(gè)最大功率點(diǎn)（Multiple Maximum Power Point，MMPP)"的現(xiàn)象，使得傳統(tǒng)集中式最大功率跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT)控制算法難以區(qū)分局部最大功率點(diǎn)（Local Maximum Power Point, LMPP)和全局最大功率點(diǎn)(Global Maximum Power Point，GMPP)，降低了光伏系統(tǒng)的輸出功 率，嚴(yán)重影響其太陽能轉(zhuǎn)化的效率。
[0003] 為了解決這一問題，基于模糊控制（Fuzzy Logic Control )、粒子群算法 (Particle Swarm Optimization)等一系列新的全局最大功率點(diǎn)跟蹤（Global Maximum Power Point Tracking，GMPPT)算法被提出，大大提高了追蹤到GMPP的概率，提升了光伏系 統(tǒng)的效率。然而，上述算法在追蹤GMPP時(shí)往往有較大的功率損失或者需要針對(duì)每個(gè)單獨(dú)的 光伏系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。相比之下，基于模擬退火法的GMPPT算法不依賴于電壓初值，不需要對(duì) 每個(gè)單獨(dú)的光伏系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，故體現(xiàn)出其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)與應(yīng)用價(jià)值。但是現(xiàn)有的模擬退火 法只能追蹤靜態(tài)的功率電壓曲線的最大值，無法應(yīng)對(duì)輻照度變化的情況;算法停止條件為 溫度下降至一定閾值，追蹤精度不高;缺少鄰域的有效調(diào)整，導(dǎo)致追蹤速度慢。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 為了克服當(dāng)前模擬退火法在光伏系統(tǒng)GMPPT上的缺陷，本發(fā)明提出了一種能夠快 速精確地追蹤光伏系統(tǒng)GMPP的基于模擬退火法的改進(jìn)GMPPT算法。
[0005] 本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006 ] -種基于模擬退火法的光伏最大功率跟蹤方法，包括以下步驟：
[0007] (1)在0到開路電壓之間隨機(jī)選取一個(gè)初始電壓作為工作點(diǎn)電壓Vi,測量在該工作 點(diǎn)電壓下的輸出功率Pi，作為參考功率；
[0008] (2)在鄰域內(nèi)隨進(jìn)進(jìn)行電壓擾動(dòng)，得到新的工作電壓Vk，測量該工作電壓Vk下的輸 出功率Pk;
[0009] (3)判斷步驟(2)進(jìn)行擾動(dòng)后的輸出功率Pk與步驟(1)的參考功率P1的關(guān)系，如果P k 大于P1,則接受該擾動(dòng)點(diǎn)位新的參考點(diǎn)，同時(shí)，如果Pk大于當(dāng)前記錄的最大功率值Pmax，則更 新最大功率值;如果Pk小于Pi，則參考Metropol ios計(jì)算接受概率，以此判斷是否將該擾動(dòng)點(diǎn) 作為新的參考點(diǎn)；
[0010] (4)如果在某一鄰域內(nèi)擾動(dòng)的次數(shù)達(dá)到了提前設(shè)定的擾動(dòng)次數(shù)Ns，則調(diào)整鄰域大 小，當(dāng)調(diào)整鄰域的次數(shù)達(dá)到提前設(shè)定的調(diào)整次數(shù)時(shí)，對(duì)當(dāng)前環(huán)境降溫，并將當(dāng)前的擾動(dòng)點(diǎn)作 為目前的最大功率點(diǎn)；
[0011] (5)判斷是否追蹤到最大功率。
[0012] 優(yōu)選地，所述的步驟(2)中的Vk按照以下公式計(jì)算：
[0013] Vk = Vi+r*step
[0014] 其中，r為[-1,1]之間的隨機(jī)數(shù)，step為當(dāng)前的鄰域大小。
[0015] 優(yōu)選地，步驟(3)中的參考Metropol ios計(jì)算接受概率，按照以下公式計(jì)算：
[0017 ]其中，Pr為接受概率，Tk為當(dāng)前溫度。
[0018] 優(yōu)選地，步驟(3)中，參考Metropolios計(jì)算接受概率，以此判斷是否將該擾動(dòng)點(diǎn)作 為新的參考點(diǎn)的方法為:若接受概率Pr大于〇. 1，則接受擾動(dòng)點(diǎn)，否則拒絕。
[0019]優(yōu)選地，步驟(4)根據(jù)以下公式調(diào)整鄰域大?。?br>[0021]其中，new step為調(diào)整后的鄰域大小，No_accept為接受擾動(dòng)點(diǎn)的次數(shù)，Ns為給定 鄰域內(nèi)的擾動(dòng)次數(shù)，step為當(dāng)前鄰域大小。
[0022] 優(yōu)選地，步驟(4)中，對(duì)當(dāng)前環(huán)境降溫按照以下公式進(jìn)行:Tk+1 = aTk，其中，Tk為當(dāng)前 溫度，Tk+1為降溫后的溫度，α為溫度下降率。
[0023] 優(yōu)選地，判斷是否追蹤到最大功率的方法為：
[0024]
且連續(xù)M個(gè)輸出功率都在記錄的最大功率附近，則認(rèn) 為已追蹤到GMPP。
[0025] 優(yōu)選地，進(jìn)一步包括步驟(6):當(dāng)追蹤到GMPP后，停止對(duì)電壓的擾動(dòng)，輸出電壓，并 實(shí)時(shí)監(jiān)測輸出功率，判斷是否發(fā)生輻照度的變化，如果存在輻照度的變化，則重新啟動(dòng) GMPPT，否則輸出電壓。
[0026]優(yōu)選地，如果以下公式成立，則認(rèn)為輻照度發(fā)生變化：
[0028] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果:本發(fā)明公開了一種基于模擬退 火法的改進(jìn)全局最大功率點(diǎn)跟蹤算法。當(dāng)光伏陣列的P-V特性因局部陰影遮擋而呈現(xiàn)出多 峰值現(xiàn)象時(shí)，可以快速、準(zhǔn)確地追蹤到光伏陣列的全局最大功率點(diǎn)；由于鄰域的自適應(yīng)可 調(diào)，在追蹤過程中可以避免功率的大幅度波動(dòng)；同時(shí)該算法能檢測輻照度變化，并及時(shí)追蹤 到新的GMPP。 【【附圖說明】】
[0029] 圖1為本發(fā)明基于模擬退火法的GMPPT算法的流程圖。
[0030] 圖2(a)、(b)為實(shí)施例中的P-V特性曲線。
[0031 ]圖3(a)、（b)為實(shí)施例中GMPPT過程示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0032]本發(fā)明提出的基于模擬退火法的GMPPT算法是通過模擬晶體熔化后降溫結(jié)晶的過 程，構(gòu)造一個(gè)類似的降溫機(jī)制，在每個(gè)溫度下進(jìn)行一定次數(shù)電壓的擾動(dòng)，參考Metropolis判 據(jù)決定接受或拒絕新的工作點(diǎn)，并根據(jù)實(shí)際接受次數(shù)所占比率來調(diào)整鄰域的大小，從而達(dá) 到既快速又精確的追蹤效果，同時(shí)該算法能檢測輻照度變化，并及時(shí)追蹤到新的GMPP。其流 程圖如圖1所不。
[0033]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。實(shí)施例中GMPPT的流程圖 如附圖1所示，包括以下步驟：
[0034] 1、參數(shù)設(shè)置
[0035]設(shè)置初始溫度To、溫度下降率α、鄰域大小step、結(jié)束標(biāo)志flag、給定鄰域內(nèi)的擾動(dòng) 次數(shù)Ns、給定溫度下的鄰域調(diào)整次數(shù)Nt。
[0036] 2、初始化電壓
[0037]在0到開路電壓V。。之間隨機(jī)選取一個(gè)初始電壓Vo作為初始的工作點(diǎn)電壓。
[0038] 3、測量功率
[0039] 根據(jù)初始化的電壓Vo測出相應(yīng)的輸出功率Po。
[0040] 4、GMPPT 過程
[0041] 4.1在鄰域內(nèi)隨機(jī)進(jìn)行電壓擾動(dòng)，