[发明专利]一种太阳能电池最大功率跟踪控制方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能发电控制技术领域，应用在光照不均匀的情况下，具体涉及一种太阳能电池最大功率跟踪控制方法。

背景技术

太阳能是一种绿色能源，具有无污染、无噪声、资源丰富等优点。作为最具前景的发电技术之一，太阳能发电已经得到广泛的应用。为充分利用太阳能电池的发电能力，一般控制其工作在最大功率点处，这就是最大功率点跟踪控制(MPPT，Maximum Power Point Tracking)。要实现最大功率跟踪控制，一般在太阳能电池(组)后面接一个DC/DC变换器实现阻抗变换，调节输出功率，对DC/DC变换器采用扰动观察法或者增量电导法实现最大功率跟踪控制，这些方法本质上仍然是爬山方法，即给定一个占空比初值，然后改变占空比，使其向输出功率变大的方向变化，直到功率不再增大为止。

光照均匀情况下，太阳能电池具有唯一最大功率点，其功率-电压曲线(P-U曲线)如图1所示，传统的方法如扰动观察法或增量电导方法都能够达到比较理想效果。但是在光照不均匀的情况下，比如云团飘过时太阳能电池局部被遮挡，其功率-电压曲线(P-U曲线)将呈现出如图2所示的多峰特性，此时，常规的MPPT方法，如扰动观察法、增量电导法都容易陷入局部峰值，无法得到最大发电功率。

发明内容

本发明的目的是提供了一种太阳能电池最大功率跟踪控制方法，解决现有技术在光照不均匀时，常规算法失效的问题。

本发明采用的技术方案是，一种太阳能电池最大功率跟踪控制方法，按照以下步骤实施：

步骤1、对期望输出电压进行初始化；

步骤2、对初始化期望输出电压的性能进行评价

采用步骤1初始化的期望输出电压为太阳能电池组的输出电压值，控制太阳能电池组连接的DC/DC变换器，采用闭环PI控制方法，使太阳能电池组输出电压达到目标值，记录稳态时每个期望输出电压值对应的太阳能电池组输出功率为P_i＝V_in×I_in和对应的DC/DC变换器的占空比为D_i，V_in和I_in分别表示DC/DC变换器的输入电压及输入电流值，当2≤N≤5时，取值范围i＝1,2,...2N+1；当N>5时，取值范围i＝1,2,...N；

步骤3、对粒子群和算法参数进行初始化

利用步骤2中各个初始化目标电压对应的输出功率计算平均功率值P_mean；

步骤4、选出适应值最大的粒子进行保留

选取适应值最大的粒子，不参与步骤5中的位置和速度更新，称为最优保留策略；

步骤5、进行粒子群迭代；

步骤6、对粒子适应值进行评价，更新个体历史最优解位置P_{best_l}和全局最优解位置X_best；

步骤7、待所有3个粒子收敛到某一点附近时，i≠j，ε为一个设定的小正数，即认为此时搜索到最大功率点，结束搜索，将X_best作为DC/DC变换器的占空比D；

否则，返回步骤4，重新搜索。

本发明的有益效果是，与其它粒子群算法相比，该方法能够更快地找到全局最大功率点，同时降低了陷入局部极小的概率，该方法创新点主要体现在以下三个方面：

1)在太阳能电池数目满足2≤N≤5时，采用2N+1初始电压进行迭代，避免了现有方法采用N个粒子进行迭代，粒子太少，无法得到比较理想的分布，使得陷入局部极小的概率增大的问题；

2)在第一代初始2N+1或N给粒子(输出电压值)后，只有适应值大于平均适应值的粒子之间插入部分新占空比后，经过评估后，得到3个粒子作为粒子初始值，后面迭代粒子群的规模是3个粒子，而不是现有方法的N个粒子进行迭代，提高了算法效率；

3)最优保留策略，上一代最优粒子不进入下一次迭代，节省了迭代时间，进一步提高了算法效率。

附图说明

图1是光照均匀情况下的太阳能电池P-U曲线；

图2是阴影遮挡情况下的太阳能电池P-U双峰曲线；

图3是现有技术DC/DC(boost)变换器基本拓扑图；

图4是本发明方法的工作流程图；

图5是两块太阳能电池串联产生两个峰的原理图；

图6本发明方法对3块太阳能电池串联出现3个峰时电压初始化结果；

图7是本发明方法对图6曲线(3个峰)的实验结果；