本發(fā)明涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)控制，尤其涉及一種基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法。

背景技術(shù)：

1、在光伏發(fā)電裝置中，光伏的發(fā)電效率直接影響了發(fā)電裝置的經(jīng)濟(jì)效益，而光伏發(fā)電效率除了受光伏材質(zhì)的影響外還受外部負(fù)載的影響，當(dāng)負(fù)載阻抗與光伏內(nèi)阻匹配時，光伏發(fā)電效率最大功率最高。因此針對光伏發(fā)電的最大功率點(diǎn)跟蹤控制是近年來研究的熱門話題。在光伏發(fā)電裝置中，光伏陣列輸出功率通過boost電路傳輸給后級電路，mppt控制的對象是boost電路中的功率開關(guān)管，通過不斷調(diào)整占空比大小實(shí)現(xiàn)對光伏輸出功率的控制。傳統(tǒng)的mppt方法在mpp搜索過程中只能沿著一個方向搜索，且采用串行尋優(yōu)模式，例如擾動觀察法、電導(dǎo)增量法、變步長擾動觀察法等。

2、當(dāng)光伏陣列被均勻照射時，其輸出特性曲線為單峰形狀，此時采用傳統(tǒng)的mppt方法便能實(shí)現(xiàn)較好的mpp跟蹤效果。但是當(dāng)光伏陣列被云層、土壤、灰塵、樹葉、建筑物遮擋時，發(fā)生局部遮蔭現(xiàn)象，此時光伏陣列輸出特性曲線呈現(xiàn)多峰形狀，而傳統(tǒng)的mppt方法只能搜索到局部最大功率點(diǎn)。因此，現(xiàn)在多采用仿生學(xué)的方法克服局部遮蔭的問題。同時，傳統(tǒng)的mppt方法搜索速度慢、精度低、可靠性差，經(jīng)常出現(xiàn)震蕩的現(xiàn)象。

3、在mppt控制過程中，通常對光伏輸出電壓采用單電壓環(huán)控制，即mppt輸出光伏參考電壓后與反饋電壓做差再通過一個pi調(diào)節(jié)器輸出占空比。但是，單電壓環(huán)的可靠性較差，調(diào)節(jié)速度慢，因此本發(fā)明提出一種雙閉環(huán)控制法用于控制光伏電壓，并結(jié)合粒子群算法實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的mppt控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

2、因此，本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種跟蹤精度高、跟蹤速度快、可靠性強(qiáng)且能克服光伏局部遮蔭問題的mppt控制方法。該發(fā)明的特征在于：首先從當(dāng)前環(huán)境條件下的光伏陣列輸出功率-電壓曲線的任意n個位置（n為粒子個數(shù)一般取4～8）開始按照一定的規(guī)則，各個粒子朝著群體最優(yōu)功率靠攏，隨著迭代次數(shù)的增加，越來越多的粒子找到最大功率點(diǎn)，當(dāng)所有的粒子都停留在最大功率點(diǎn)附近時，結(jié)束搜索，輸出最優(yōu)粒子的占空比。再將該占空比乘以直流母線電壓udc得到電壓電流雙閉環(huán)控制器的給定參考值，經(jīng)過雙閉環(huán)控制器調(diào)節(jié)后與三角載波比較產(chǎn)生pwm信號驅(qū)動功率開關(guān)管，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對光伏陣列的最大功率跟蹤控制。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案，一種基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法，包括：

4、mppt控制器根據(jù)光伏輸出電壓、電流計(jì)算當(dāng)前粒子所在位置的功率，然后循環(huán)迭代；計(jì)算每個粒子的功率值，然后更新每個粒子的速度矢量，后根據(jù)速度矢量更新粒子的位置矢量，位置矢量即為粒子下一次擾動的占空比；將位置矢量乘以直流母線電壓udc作為光伏參考電壓輸出，讓光伏參考電壓與光伏輸出電壓做差經(jīng)過雙閉環(huán)調(diào)節(jié)后與三角載波比較產(chǎn)生pwm信號作用在boost電路的功率開關(guān)管上，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的最大功率跟蹤控制。

5、作為本發(fā)明所述的基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述計(jì)算當(dāng)前粒子所在位置的功率包括，檢測光伏陣列輸出電壓upv、電流ipv，并根據(jù)式(1)計(jì)算當(dāng)前第u個粒子搜索到的光伏輸出功率ppv(u)，其中u是步驟計(jì)數(shù)器，指向第u個粒子；

6、(1)

7、以u為步驟計(jì)數(shù)器，u取值1～n，n為粒子數(shù)量；當(dāng)u≤n時，循環(huán)計(jì)算每個粒子的功率ppv(u)k，并與第k-1次計(jì)算的功率ppv(u)k-1進(jìn)行比較，如果ppv(u)k≥ppv(u)k-1，則將ppv(u)k大小更新至ppv(u)k-1變量中，并將功率對應(yīng)的占空比記錄到變量pbest(u)中；當(dāng)u>n時，進(jìn)行粒子的速度和占空比更新，并將計(jì)數(shù)器u置1；同時比較n個粒子中的最優(yōu)占空比并記錄在gbest變量中。

8、作為本發(fā)明所述的基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述計(jì)算當(dāng)前粒子所在位置的功率還包括，

9、根據(jù)計(jì)算的ppv(u)并依據(jù)式(2)計(jì)算群體功率平均值favg，再由式(3)求得粒子的群體功率方差e，再由e求得變量ε，ε反映粒子的聚集程度；

10、?(2)

11、(3)

12、(4)

13、作為本發(fā)明所述的基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述計(jì)算當(dāng)前粒子所在位置的功率還包括，

14、根據(jù)式(5)計(jì)算δτ，δτ是一個隨迭代次數(shù)t逐漸增長的變量，δτ取值范圍為0～0.7；

15、(5)

16、根據(jù)ε和δτ結(jié)合式(6)對慣性權(quán)重w進(jìn)行動態(tài)更新，其中wmin取0.3，wmax取0.6；

17、?(6)

18、作為本發(fā)明所述的基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述計(jì)算當(dāng)前粒子所在位置的功率還包括，

19、根據(jù)式(7)計(jì)算自學(xué)因子c1，其中c1max取1.2，c1min取0.8，c1從初始時刻的最大值隨迭代次數(shù)增加而減??；再根據(jù)式(8)計(jì)算群體學(xué)習(xí)因子c2，其中c2max取1.2，c2min取0.8，c2從初始時刻的最小值逐漸增大；

20、?(7)

21、(8)

22、作為本發(fā)明所述的基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述位置矢量包括，

23、根據(jù)式(9)計(jì)算當(dāng)前迭代次數(shù)下的粒子速度vk+1(n)，其中r1和r2為0～1的隨機(jī)數(shù)，可由rand函數(shù)求得，xk(n)為上一次迭代中的第n個粒子的占空比；

24、(9)

25、根據(jù)式(10)更新粒子的占空比xk+1(n)；

26、(10)

27、根據(jù)式(11)計(jì)算粒子輸出參考電壓uref，其中udc為直流母線電壓；

28、(11)

29、作為本發(fā)明所述的基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述雙閉環(huán)調(diào)節(jié)包括，將mppt輸出的參考電壓uref與光伏輸出電壓upv進(jìn)行做差，再將誤差按照式(12)通過pi調(diào)節(jié)器計(jì)算后輸入電流環(huán)作為電流環(huán)給定值iref，其中kp取1，ki取0.001；

30、(12)

31、將電流環(huán)給定iref與boost電路升壓電感上的反饋電流il進(jìn)行比較做差，將誤差按照式(13)通過pi調(diào)節(jié)后得到占空比d再與三角載波比較產(chǎn)生pwm信號作用到功率開關(guān)管上，其中kp取1，ki取1000；

32、(13)

33、其中，s表示復(fù)頻域的自變量。

34、作為本發(fā)明所述的基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述雙閉環(huán)調(diào)節(jié)還包括，比較任意兩個粒子xi和xj的占空比大小，如果式(14)成立，則算法收斂，停止搜索，將最優(yōu)占空比輸出，其中i、j取0～n；否則算法繼續(xù)進(jìn)行mpp搜索；

35、(14)

36、用變量count對迭代次數(shù)記錄，每迭代一次count加1，當(dāng)count大于70時，重啟算法，重新開始搜索；

37、當(dāng)算法收斂后，每隔一段時間，計(jì)算間隔內(nèi)功率是否突變，如果功率突變率滿足式(15)，則判斷光照或其他環(huán)境因素導(dǎo)致光伏輸出異常，則重啟算法，重新進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤，然后回到第一步繼續(xù)進(jìn)行mpp搜索，其中p為當(dāng)前時刻光伏輸出功率，pprev是前一刻光伏輸出功率；

38、(15)

39、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時實(shí)現(xiàn)基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的步驟。

40、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實(shí)現(xiàn)基于粒子群和雙閉環(huán)的最大功率跟蹤控制方法的步驟。

41、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具體以下有益效果：

42、1)?跟蹤精度高。由于雙閉環(huán)控制器電壓外環(huán)提高控制器的穩(wěn)態(tài)性能，電流內(nèi)環(huán)提高控制器的跟蹤速度，因此基于雙閉環(huán)的mppt控制器可以實(shí)現(xiàn)對光伏輸出電壓、電流的穩(wěn)定高精度控制。同時，在雙閉環(huán)控制器中加入pi調(diào)節(jié)器，矯正控制器的截止頻率和相角裕度，使控制器的穩(wěn)定性達(dá)到目標(biāo)要求。

43、2)?跟蹤速度快，且不易陷入局部最優(yōu)解。由于粒子群算法采用并行尋優(yōu)模式，因此跟蹤速度得到提升。同時，粒子群算法比較依賴初始值的大小，因此粒子個數(shù)一般取6～8個，過少的粒子數(shù)量可能會使算法過早收斂，過多的粒子數(shù)量會導(dǎo)致算法時間變長，并在初始時刻將粒子均勻散播在0～1范圍內(nèi)的占空比上。由于粒子群算法采用變慣性權(quán)重和變學(xué)習(xí)因子的方法，因此在算法初期保證了慣性權(quán)重大，自學(xué)因子高，群體學(xué)習(xí)因子小，進(jìn)而導(dǎo)致粒子在該時刻具有較大的速度可以實(shí)現(xiàn)全局搜索，降低算法過早收斂和陷入局部最大功率點(diǎn)的概率。在算法中后期，慣性權(quán)重小，自學(xué)因子小，群體學(xué)習(xí)因子高，進(jìn)而導(dǎo)致算法在該時刻具有較小的速度，從而提高跟蹤精度，提高算法的局部搜索能力。

44、3)?魯棒性強(qiáng)。在mppt算法中加入功率檢測和迭代次數(shù)檢測功能，在算法未收斂時，當(dāng)檢測到迭代次數(shù)超過70時重啟算法，重新開始mpp搜索。加入迭代次數(shù)檢測功能，可以避免算法朝著無序方向發(fā)展。當(dāng)算法收斂后，算法不停檢測一段時間間隔內(nèi)的功率變化，如果功率突變超過5%，則重啟算法重新開始mpp搜索。加入功率檢測功能，有助于提高mppt控制器對外部環(huán)境變化時的快速反應(yīng)能力，從而提高控制器的可靠性。同時在mppt控制器中加入雙閉環(huán)控制器，進(jìn)一步提高控制器的穩(wěn)定性和可靠性。