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局部阴影下光伏阵列最大功率点跟踪算法的研究.pdf
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1、山 东 科 学 第 卷 第 期 年 月出版.:./.【能源与动力】收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()作者简介:刘晨()男硕士研究生研究方向为光伏发电及并网控制:.局部阴影下光伏阵列最大功率点跟踪算法的研究刘晨黄翼虎(青岛科技大学 自动化与电子工程学院山东 青岛)摘要:传统的最大功率点跟踪()算法在光伏阵列多峰情况下容易陷入局部最优蝴蝶优化算法有全局优化能力但由于收敛精度较低而没有被广泛使用 提出了一种改进蝴蝶优化算法与扰动观察法相结合的 算法引入混沌映射理论和动态切换概率改进蝴蝶优化算法 先通过蝴蝶优化算法的全局搜索能力定位最大功率点范围后切换小步长扰动观察法精准定位最大功率点 混合算法
2、结合了蝴蝶优化算法和扰动观察法的优点通过 仿真实验与传统蝴蝶优化算法、粒子群算法作对比改进后的算法能够适应复杂多变的光照环境且在收敛精度和速度方面均有一定优势关键词:光伏发电最大功率点跟踪蝴蝶优化算法扰动观察法混沌映射中图分类号:文献标志码:文章编号:()开放科学(资源服务)标志码():()().第 期刘晨等:局部阴影下光伏阵列 算法的研究 .科技的发展能够提高人们的生活水平和改善人们的生活方式但由此导致对能源(特别是电能)的可靠性要求和需求量大幅提高传统化石能源对生态环境的破坏不能满足未来的发展要求 光伏发电是一种绿色环保的发电方式因其发电过程中没有污染物产生和碳排放符合国家政策和未来发展的
3、需要是未来能源供应的重要一环 光伏阵列的最大功率点容易受光伏阵列所处环境的影响若外界环境变化时不能及时地做出相应的调整则光伏电池的能源转换效率降低开路电压法、扰动观察法、电导增量法等传统的最大功率点跟踪算法收敛速度慢且存在振荡容易陷入局部最优 粒子群算法()、布谷鸟算法、蚁群算法等群智能算法虽然能够进行有效的全局寻优但缺乏收敛精度和速度 蝴蝶优化算法()具有强大的全局搜索能力为了提高蝴蝶优化算法的最大功率点跟踪()性能本文引入混沌映射理论和动态切换策略优化传统的蝴蝶优化算法提出了一种将扰动观察法和蝴蝶优化算法相结合的复合型 算法该算法启动时先采用蝴蝶优化算法进行全局寻优和局部寻优直到光伏电池达
4、到最大功率点附近后采用小步长扰动观察法精确跟踪到最大功率点 采用/模拟光伏阵列在多种光照条件下的输出特性通过仿真与粒子群算法和传统蝴蝶优化算法对比验证了改进型蝴蝶优化算法在光伏发电 中的优越性 光伏发电系统.光伏电池的建模光伏发电是利用了半导体的光电效应:光能直接转变为电能的一种技术 光伏电池的等效电路如图 所示 光伏电池的输出特性方程见公式()()式中的物理量含义见表 这些变量受光照强度和温度变化的影响其中光伏电池内部的串联电阻 可忽略不计图 光伏电池的等效模型.()()()()()()山 东 科 学 年表 公式中物理量含义.物理量含义物理量含义 结理想因子二极管结电流电荷二极管泄漏电流玻尔
5、兹曼常数光电效应产生的电流温度二极管反向饱和电流光伏电池内部的并联电阻光伏组件的短路电流光伏电池内部的串联电阻光伏组件的开路电压.遮阴情况下的光伏电池输出特性在自然条件下遮阴问题的存在使光伏阵列的各个光伏组件处于不同的光照条件下此时会产生“热板效应”影响甚至破坏光伏组件 光伏电池并联旁路二极管可以避免“热板效应”却造成了光伏模组输出功率的多峰值影响传统 算法的精度.不同环境下光伏电池的输出特性 本文采用 块串联光伏电池构成光伏阵列每块光伏电池由 光伏组件构成 光伏组件的电气参数如下:开路电压.短路电流.最大功率点电压 最大功率点电流.为了分析外界复杂的环境分别设置 种不表 光照条件 光照模式光
6、照强度/()光伏电池 光伏电池 光伏电池 光伏电池 光伏电池 模式(恒定光照)模式(阴影环境)模式(动态阴影)同的光照模式见表 模式 分别模拟了光伏阵列在恒定光照、阴影环境、动态阴影这 种情况 根据光伏电池的数学型本文搭建了光伏电池模型保持输入温度 不变仿真分析不同光照环境光伏阵列的输出特性输出 曲线如图 所示图 不同光照条件下的光伏阵列输出特性.在 中的应用.扰动观察法扰动观察法()是最经典的 算法也是目前应用最广的 算法 给光伏电池输出电压施加一个微小的代数增量(增量可为负值)判断此时光伏电池输出功率在最大第 期刘晨等:局部阴影下光伏阵列 算法的研究功率点的方位从而进一步改变光伏电池输出功
7、率 若光伏模组的输出功率的变化量为正则继续向这个代数增量的正方向添加扰动若光伏模组的输出功率的变化量为负则反之直到光伏电池的输出功率工作在最大功率点附近.蝴蝶优化算法蝴蝶优化算法()是元启发式智能算法的一种 该算法从蝴蝶群体的日常生理活动中得到启发在观察蝴蝶交配行为时发现蝴蝶存在一种器官能感受到其他蝴蝶在空气中释放的激素也就是香味蝴蝶通过香味的浓度来判断其他蝴蝶的位置 当蝴蝶移动时其释放出的香味浓度发生变化其他蝴蝶通过器官感知某一区域的香味的浓度来判断是否有同伙在此区域若蝴蝶感受某一区域的香味浓度高则向这一区域蝴蝶靠近这就是全局搜索 若感受不到浓度更高的香味时则随机移动这就是局部搜索 香味计算
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