一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列mppt方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法，主要采用布谷鳥搜索算法和模糊PI控制算法相結(jié)合，實現(xiàn)對光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤；首先通過布谷鳥搜索算法這種新型的種群迭代全局快速搜索技術(shù),快速、準(zhǔn)確地搜索到光伏陣列全局最大功率點(diǎn),然后由模糊PI控制實現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤,能夠有效地提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。本發(fā)明采用的方法算法概念簡單、調(diào)節(jié)參數(shù)少、搜索精度高、跟蹤速度快，易于實現(xiàn)，可使得光伏陣列穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處。
【專利說明】一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光伏陣列MPPT方法，特別涉及一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，光伏發(fā)電作為太陽能發(fā)電的重要應(yīng)用方式，憑借其容量小、電壓等級低、接近負(fù)荷、對電網(wǎng)影響小等優(yōu)勢，其大范圍應(yīng)用前景極為廣闊。光伏陣列是光伏并網(wǎng)電站系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其1-U特性是一組由太陽輻射強(qiáng)度、環(huán)境溫度和光伏模塊參數(shù)等共同影響的非線性函數(shù)，且輸出功率特性曲線易受外界環(huán)境變化而變化，最大輸出功率點(diǎn)快速尋優(yōu)算法需要快速搜索到最大值，并利用脈沖寬度調(diào)制(下文中簡稱PWM)技術(shù)進(jìn)行光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤(下文中簡稱MPPT)控制，使得光伏陣列能夠穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處，但是在現(xiàn)有技術(shù)中對光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤控制的方法參數(shù)多，精度不高。
[0003]布谷鳥搜索(Cuckoo search, CS)算法是一種模擬布谷鳥尋窩孵蛋行為的全局搜索方法。布谷鳥的繁殖行為很特殊，它將鳥蛋產(chǎn)在別的鳥(宿主鳥)的鳥窩里來孵化繁殖后代。如果宿主鳥發(fā)現(xiàn)鳥巢中的鳥蛋不是自己產(chǎn)的鳥蛋時，就會將布谷鳥蛋推出鳥巢之外或者在別的地方新建一個鳥巢繁殖后代。布谷鳥通過選擇質(zhì)量較優(yōu)和改進(jìn)質(zhì)量較差的鳥窩，最終找到一個較優(yōu)的鳥窩來孵化自己的鳥蛋。此外，尋優(yōu)過程中的布谷鳥采用參考當(dāng)前找到的最優(yōu)質(zhì)量鳥窩的萊維飛行模式，形成一種高效的全局尋優(yōu)模式。
[0004]傳統(tǒng)的PI控制器對于模型參數(shù)變化大、有外部擾動的系統(tǒng)，難以的實現(xiàn)理想的控制效果，模糊PI控制算法是一種仿人思維的控制技術(shù)，不依賴于被控過程的數(shù)學(xué)模型，具有動態(tài)響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)、魯棒性好、穩(wěn)態(tài)精度高等優(yōu)良的動態(tài)性能，得到廣泛應(yīng)用。
[0005]現(xiàn)有的成熟技術(shù)一般是用電導(dǎo)增量法，這種方法的實時性不高，在多峰曲線下會陷入局部最優(yōu)點(diǎn)；其次，全局掃描法可以找到全局最優(yōu)點(diǎn)，但耗時較長，且在每當(dāng)外部條件發(fā)生變化后均需重新掃描，無法達(dá)到實時跟蹤的效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明目的:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出的是一種調(diào)節(jié)參數(shù)少、搜索精度高的基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
:本發(fā)明提供了一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法，包括如下步驟:
[0008]步驟10:實時采集光伏陣列的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度；
[0009]步驟20:根據(jù)當(dāng)前的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度，利用布谷鳥搜索算法搜索到光伏陣列的最大功率點(diǎn)；
[0010]步驟30:根據(jù)布谷鳥算法搜索到的光伏陣列最大功率尋優(yōu)值和光伏陣列實際輸出功率，將其偏差值經(jīng)模糊PI控制算法得到PWM占空比控制量；
[0011]步驟40:根據(jù)PWM占空比控制量控制Boost電路，使得光伏陣列穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處。
[0012]進(jìn)一步，所述步驟20中利用布谷鳥算法搜索光伏陣列對應(yīng)的最大功率點(diǎn)的方法為:
[0013]步驟201:參數(shù)初始化；初始化產(chǎn)生光伏陣列功率尋優(yōu)點(diǎn)個數(shù)為N，尋優(yōu)過程中功率點(diǎn)淘汰概率Pa ；
[0014]步驟202:初始化光伏陣列工作電壓；隨機(jī)產(chǎn)生N個光伏陣列功率尋優(yōu)點(diǎn)的工作電壓值 Xi，i = 1，2，…N;
[0015]步驟203:確定尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)；以光伏陣列最大輸出功率作為目標(biāo)函數(shù)，記錄下光伏陣列N個功率尋優(yōu)點(diǎn)中最大功率值Pbest及最大功率值Pbest所對應(yīng)的光伏陣列工作電壓
值 Xbest ；
[0016]步驟204:通過萊維飛行模式來更新光伏陣列N個功率尋優(yōu)點(diǎn)的工作電壓值；根據(jù)公式x,(i+1> =Xf1 +α十Z更新N個光伏陣列功率尋優(yōu)點(diǎn)的第t+Ι次迭代的工作電壓值；
[0017]其中，t表示當(dāng)前迭代次數(shù)；α為步長控制參數(shù)，α值服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布；i屬于N，表示光伏陣列功率尋優(yōu)點(diǎn)的標(biāo)號；?表示點(diǎn)對點(diǎn)乘法；L為萊維搜索路徑，SP
飛行時的步長，
【權(quán)利要求】
1.一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟10:實時采集光伏陣列的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度； 步驟20:根據(jù)當(dāng)前的光照強(qiáng)度和環(huán)境溫度，利用布谷鳥搜索算法搜索到光伏陣列的最大功率點(diǎn)； 步驟30:根據(jù)布谷鳥算法搜索到的光伏陣列最大功率尋優(yōu)值和光伏陣列實際輸出功率，將光伏陣列最大功率和光伏陣列實際輸出功率偏差值經(jīng)模糊PI控制算法得到PWM占空比控制量； 步驟40:根據(jù)PWM占空比控制量控制Boost電路，使得光伏陣列穩(wěn)定運(yùn)行在最大功率點(diǎn)處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法，其特征在于:所述步驟20中利用布谷鳥算法搜索光伏陣列對應(yīng)的最大功率點(diǎn)的方法為: 步驟201:參數(shù)初始化；初始化產(chǎn)生光伏陣列功率尋優(yōu)點(diǎn)個數(shù)為N，尋優(yōu)過程中功率點(diǎn)淘汰概率Pa ； 步驟202:初始化光伏陣列工作電壓；隨機(jī)產(chǎn)生N個光伏陣列功率尋優(yōu)點(diǎn)的工作電壓值Xi, i = 1，2，…N; 步驟203:確定尋優(yōu)目標(biāo)函數(shù)；以光伏陣列最大輸出功率作為目標(biāo)函數(shù)，記錄下光伏陣列N個功率尋優(yōu)點(diǎn)中最大功率值Pbest及最大功率值Pbest所對應(yīng)的光伏陣列工作電壓值Xbest ? 步驟204:通過萊維飛行模式來更新光伏陣列N個功率尋優(yōu)點(diǎn)的工作電壓值；根據(jù)公式X\t+l) = V +?十Z更新N個光伏陣列功率尋優(yōu)點(diǎn)的第t+Ι次迭代的工作電壓值； 其中，t表示當(dāng)前迭代次數(shù)；α為步長控制參數(shù)，α值服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布；i屬于N，表示光伏陣列功率尋優(yōu)點(diǎn)的標(biāo)號；@表示點(diǎn)對點(diǎn)乘法；L為萊維搜索路徑，即飛行時的步長
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法，其特征在于:所述的步驟30中采用模糊PI控制算法得到PWM占空比控制量的步驟為: 步驟301:求取模糊控制輸入量:根據(jù)公式e = Pgbest-Ppv和Δ e = ek-ek_!計算獲得偏差量e和偏差量增益Λ e，定義模糊控制輸出量:PI調(diào)節(jié)的參數(shù)變化量Ak1^P Aki;其中，Pgbest為布谷鳥搜索算法得到的光伏陣列最大功率值；PPV為光伏陣列實際輸出功率；ek為第k時刻的偏差量；ek_i為第k-Ι時刻的偏差量； 步驟302:選取模糊控制隸屬度函數(shù)并建立模糊規(guī)則，根據(jù)公式< =&+Δ\和< +Δ&得到模糊整定后PI調(diào)節(jié)的參數(shù)值<和< 其中，1^和h為當(dāng)前PI調(diào)節(jié)的參數(shù)值； 步驟303:運(yùn)用模糊PI控制算法得到PWM占空比控制量，通過模糊PI控制算法得到輸出功率實際值與布谷鳥算法搜索到的光伏陣列最大功率尋優(yōu)值的偏差值，將偏差值與載波信號進(jìn)行調(diào)制，輸出PWM占空比信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于布谷鳥搜索算法的光伏陣列MPPT方法，其特征在于:所述的步驟40中根據(jù)PWM占空比控制量控制Boost電路，是根據(jù)PWM占空比控制量控制Boost電路中的IGBT模塊。`
【文檔編號】G05F1/67GK103885521SQ201410094187
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年3月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月14日
【發(fā)明者】陳凌, 王宏華, 韓偉 申請人:河海大學(xué)