一種基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法及裝置，包括以下步驟：初始化膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量、每個(gè)膜計(jì)算單元計(jì)算得到的光伏陣列輸出電壓的預(yù)定數(shù)量和粒子群搜索策略參數(shù)；采集多個(gè)連續(xù)時(shí)刻光伏陣列表面的溫度數(shù)據(jù)及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)；根據(jù)膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量創(chuàng)建若干個(gè)膜計(jì)算單元；每個(gè)膜計(jì)算單元分別計(jì)算得到預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓，選擇每一時(shí)刻最大的光伏陣列輸出電壓；根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓與上一時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓計(jì)算得到PWM模塊的占空比，根據(jù)占空比的數(shù)值利用斬波電路調(diào)節(jié)光伏陣列輸出電壓。本發(fā)明基于膜計(jì)算模型框架，提高了最大功率跟蹤算法的全局搜索性能，能快速可靠地跟蹤到最大功率點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法及裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽(yáng)能光伏發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及一種基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]提高太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。其中一個(gè)有效的方法是實(shí)時(shí)跟蹤光伏發(fā)電系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)。由于光伏電池的功率輸出特性(P-V曲線)具有非線性，且這種非線性受光照強(qiáng)度、電池表面溫度、負(fù)載等因素影響，因此實(shí)時(shí)跟蹤最大功率點(diǎn)非常困難。特別是當(dāng)光伏發(fā)電系統(tǒng)在局部遮蔽情況下，P-V曲線會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的多峰情況。這些多峰通常會(huì)大大降低最大功率跟蹤算法的效率，使其陷入局部峰值而無(wú)法找到全局最大功率點(diǎn)。
[0003]傳統(tǒng)的最大功率跟蹤方法有開路電壓法(OCV)、擾動(dòng)觀察法(P&0)、電導(dǎo)增量法(IncCond)等。它們各自有其優(yōu)缺點(diǎn)。開路電壓法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但由于忽略溫度變化的影響，因此跟蹤結(jié)果不準(zhǔn)確。擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但在環(huán)境迅速變化時(shí)容易失效，且擾動(dòng)步長(zhǎng)確定困難(步長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致輸出功率劇烈振蕩；步長(zhǎng)過(guò)短則易陷入局部峰值)。電導(dǎo)增量法可以在環(huán)境迅速變化時(shí)及時(shí)獲得有效的解決方案，但其控制電路復(fù)雜且易尋優(yōu)到局部峰值。一些人工智能技術(shù)也被用來(lái)進(jìn)行跟蹤最大功率點(diǎn)，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(ANN)和模糊邏輯法(FL)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法不需要具體的光伏電池參數(shù)就能獲得不錯(cuò)的解決方案，但它需要花費(fèi)許多時(shí)間 用于收集數(shù)據(jù)與訓(xùn)練。當(dāng)缺乏精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，模糊邏輯法更穩(wěn)定，但它存在低精度與強(qiáng)振蕩的問(wèn)題。膜計(jì)算是自然計(jì)算的一個(gè)分支，旨在從生物細(xì)胞以及由細(xì)胞組成的組織和器官的功能與結(jié)構(gòu)中抽象出計(jì)算模型。膜計(jì)算所研究的計(jì)算模型統(tǒng)稱為膜系統(tǒng)，也稱為P系統(tǒng)，是一類分布式并行計(jì)算模型。在膜計(jì)算理論研究的基礎(chǔ)上，受P系統(tǒng)工作方式與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的啟發(fā)，產(chǎn)生了一類新的啟發(fā)式算法，統(tǒng)稱為膜啟發(fā)式算法，也簡(jiǎn)稱為膜算法。已有成果證明，膜算法能有效求解計(jì)算困難問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠提高最大功率跟蹤算法的全局搜索性能、快速可靠地跟蹤到最大功率點(diǎn)的基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法及裝置。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1:初始化膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量、每個(gè)膜計(jì)算單元計(jì)算得到的光伏陣列輸出電壓的預(yù)定數(shù)量和粒子群搜索策略參數(shù)；
[0007]步驟2:采集多個(gè)連續(xù)時(shí)刻光伏陣列表面的溫度數(shù)據(jù)及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
[0008]步驟3:根據(jù)膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量創(chuàng)建若干個(gè)膜計(jì)算單元；
[0009]步驟4:將粒子群搜索策略參數(shù)、多個(gè)時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)及多個(gè)時(shí)刻的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，分別輸入所有膜計(jì)算單元中，每個(gè)膜計(jì)算單元分別計(jì)算得到預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓，從預(yù)定數(shù)量個(gè)光伏陣列輸出電壓中選擇每一時(shí)刻最大的光伏陣列輸出電壓；
[0010]步驟5:根據(jù)膜計(jì)算單元計(jì)算的當(dāng)前時(shí)刻最大的的光伏陣列輸出電壓與上一時(shí)刻最大的光伏陣列輸出電壓計(jì)算得到PWM模塊的占空比，根據(jù)占空比的數(shù)值利用斬波電路調(diào)節(jié)光伏陣列輸出電壓。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明基于膜計(jì)算模型框架，在保證實(shí)時(shí)要求的條件下，著重提高了最大功率跟蹤算法的全局搜索性能，使得光伏陣列在局部遮蔽情況下能有效減少跟蹤到局部峰值的可能，能快速可靠地跟蹤到最大功率點(diǎn)。
[0012]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。
[0013]進(jìn)一步，一種基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1:初始化膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量、每個(gè)膜計(jì)算單元計(jì)算得到的光伏陣列輸出電壓的預(yù)定數(shù)量和粒子群搜索策略參數(shù)；
[0015]步驟2:采集多個(gè)連續(xù)時(shí)刻光伏陣列表面的溫度數(shù)據(jù)及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)；
[0016]步驟3:根據(jù)膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量創(chuàng)建若干個(gè)膜計(jì)算單元；
[0017]步驟4:將粒子群搜索策略參數(shù)、多個(gè)時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)及多個(gè)時(shí)刻的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，分別輸入所有膜計(jì)算單元中，每個(gè)膜計(jì)算單元分別計(jì)算得到預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓，從 預(yù) 定數(shù)量個(gè)光伏陣列輸出電壓中選擇每一時(shí)刻最大的光伏陣列輸出電壓；
[0018]步驟5:根據(jù)膜計(jì)算單元計(jì)算的當(dāng)前時(shí)刻最大的的光伏陣列輸出電壓與上一時(shí)刻最大的光伏陣列輸出電壓計(jì)算得到PWM模塊的占空比，根據(jù)占空比的數(shù)值利用斬波電路調(diào)節(jié)光伏陣列輸出電壓。
[0019]進(jìn)一步，所述粒子群搜索策略參數(shù)用于在膜計(jì)算單元計(jì)算得到的多組光伏陣列輸出電壓中，選擇概率最大的光伏陣列輸出電壓。
[0020]進(jìn)一步，所述粒子群搜索策略參數(shù)包括學(xué)習(xí)因子C1, C2，慣性權(quán)重Wstart, WEnd;最低溫度Ttl、初始溫度T和最大迭代次數(shù)Iter。
[0021]進(jìn)一步，所述膜計(jì)算單元進(jìn)行以下計(jì)算:
[0022]P = VXI
[0023]其中， I" = Jgc [I — Ci(e'a';,r — 1)| ， Gj = (I —，
G2 = l)[In(l — t)]-】.,P表示輸出功率表示輸出電壓；1表示輸出電流；IS。表示
光生電流；vm、Im、ISC；、V。。分別表不參考光照強(qiáng)度和參考電池表面溫度下的最大工作電壓、最大工作電流、短路電流和開路電壓。
[0024]進(jìn)一步，當(dāng)光照強(qiáng)度和電池表面溫度不是參考值時(shí)，可通過(guò)下式計(jì)算:T =Tair+KXS;
[0025]ΔΤ = T-Tref ；
【權(quán)利要求】
1.一種基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:初始化膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量、每個(gè)膜計(jì)算單元計(jì)算得到的光伏陣列輸出電壓的預(yù)定數(shù)量和粒子群搜索策略參數(shù)； 步驟2:采集多個(gè)連續(xù)時(shí)刻光伏陣列表面的溫度數(shù)據(jù)及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)； 步驟3:根據(jù)膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量創(chuàng)建若干個(gè)膜計(jì)算單元； 步驟4:將粒子群搜索策略參數(shù)、多個(gè)時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)及多個(gè)時(shí)刻的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，分別輸入所有膜計(jì)算單元中，每個(gè)膜計(jì)算單元分別計(jì)算得到預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓，從預(yù)定數(shù)量個(gè)光伏陣列輸出電壓中選擇每一時(shí)刻最大的光伏陣列輸出電壓；步驟5:根據(jù)膜計(jì)算單元計(jì)算的當(dāng)前時(shí)刻最大的的光伏陣列輸出電壓與上一時(shí)刻最大的光伏陣列輸出電壓計(jì)算得到PWM模塊的占空比，根據(jù)占空比的數(shù)值利用斬波電路調(diào)節(jié)光伏陣列輸出電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法，其特征在于:所述粒子群搜索策略參數(shù)用于在膜計(jì)算單元計(jì)算得到的多組光伏陣列輸出電壓中，選擇概率最大的光伏陣列輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法，其特征在于:所述粒子群搜索策略參數(shù)包括學(xué)習(xí)因子C1, C2，慣性權(quán)重Wstart, ffEnd ;最低溫度Ttl、初始溫度T和最大迭代次數(shù) Iter。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法，其特征在于:所述膜計(jì)算單元進(jìn)行以下計(jì)算: P = VXI 其中，
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法，其特征在于: 當(dāng)光照強(qiáng)度和電池表面溫度不是參考值時(shí)，可通過(guò)下式計(jì)算:
T = Tair+KXS；
ΔΤ = Τ-Τref；
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏發(fā)電最大功率跟蹤方法，其特征在于:所述步驟4中每個(gè)膜計(jì)算單元以0.8的概率使用當(dāng)前膜計(jì)算單元計(jì)算得出的預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓選擇最大值，以0.2的概率使用所有膜計(jì)算單元計(jì)算得出的預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓選擇最大值。
7.一種基于膜計(jì)算的光伏發(fā)電最大功率跟蹤裝置，其特征在于:包括初始化模塊(1)，采集模塊(2)，創(chuàng)建模塊(3)，膜計(jì)算單元(4)和調(diào)節(jié)模塊(5)； 所述初始化模塊(I)，用于初始化膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量、每個(gè)膜計(jì)算單元計(jì)算得到的光伏陣列輸出電壓的預(yù)定數(shù)量和粒子群搜索策略參數(shù)； 所述采集模塊(2)，用于采集多個(gè)連續(xù)時(shí)刻光伏陣列表面的溫度數(shù)據(jù)及光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)； 所述創(chuàng)建模塊(3)，用于根據(jù)膜計(jì)算單元的預(yù)定數(shù)量創(chuàng)建若干個(gè)膜計(jì)算單元； 每個(gè)所述膜計(jì)算單元(4)，用于根據(jù)粒子群搜索策略參數(shù)、多個(gè)時(shí)刻的溫度數(shù)據(jù)及多個(gè)時(shí)刻的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)，計(jì)算得到預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓，從預(yù)定數(shù)量個(gè)光伏陣列輸出電壓中選擇每一時(shí)刻最大的光伏陣列輸出電壓； 所述調(diào)節(jié)模塊(5)，用于根據(jù)膜計(jì)算單元計(jì)算的當(dāng)前時(shí)刻最大的的光伏陣列輸出電壓與上一時(shí)刻最大的光伏陣 列輸出電壓計(jì)算得到PWM模塊的占空比，根據(jù)占空比的數(shù)值利用斬波電路調(diào)節(jié)光伏陣列輸出電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏發(fā)電最大功率跟蹤裝置，其特征在于:所述粒子群搜索策略參數(shù)用于在膜計(jì)算單元計(jì)算得到的多組光伏陣列輸出電壓中，選擇概率最大的光伏陣列輸出電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光伏發(fā)電最大功率跟蹤裝置，其特征在于:所述膜計(jì)算單元(4)中每個(gè)膜計(jì)算單元以0.8的概率使用當(dāng)前膜計(jì)算單元計(jì)算得出的預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓選擇最大值，以0.2的概率使用所有膜計(jì)算單元計(jì)算得出的預(yù)定數(shù)量個(gè)、多個(gè)時(shí)刻的光伏陣列輸出電壓選擇最大值。
【文檔編號(hào)】G05F1/67GK104035477SQ201410286539
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】潘林強(qiáng), 賀娟娟 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)