[发明专利]一种太阳能电池最大功率跟踪控制方法

摘要

本发明公开了一种太阳能电池最大功率跟踪控制方法，步骤包括步骤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；步骤3、对粒子群和算法参数进行初始化；步骤4、选出适应值最大的粒子进行保留；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和全局最优解位置；步骤7、待所有3个粒子收敛到某一点附近时，即认为此时搜索到最大功率点，结束搜索；否则，返回步骤4重新搜索。本发明的方法，计算过程简单，准确率高，便于推广应用。

主权项

一种太阳能电池最大功率跟踪控制方法，其特征在于，按照以下步骤实施：步骤1、对期望输出电压进行初始化，具体步骤是，将N块太阳能电池串联，当N≥2，最多可能出现N个功率峰值；当2≤N≤5时，初始化2N+1个期望输出电压；当N>5时，初始化N个期望输出电压，首先根据太阳能电池组开路输出电压Uoc_array，计算得到单块太阳能电池的输出电压Uoc≈Uoc_array/N，当2≤N≤5时具体的方法是第1个初始期望输出电压为U1＝0.4Uoc，第i个初始期望输出电压为Ui＝0.8Uoc+0.5(i‑2)Uoc，i＝2,...2N，第2N+1个初始期望输出电压为(N‑0.1)Uoc；当N>5时，第i个初始期望输出电压为Ui＝(i‑1)Uoc+0.8Uoc，i＝1,2,...N；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Pi＝Vin×Iin和对应的DC/DC变换器的占空比为Di，Vin和Iin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Pmean，具体步骤是，当2≤N≤5时，采用公式(1)计算：Pmean=(Σ12N+1Pi)/(2N+1),---(1)]]>当N>5时，采用公式(2)计算：Pmean=(Σ1NPi)/N,---(2)]]>取输出功率大于平均功率的初始化电压值对应的占空比记为dj，占空比dj按数值从小到大的顺序排列，即满足dj≥dj‑1，j＝2,...,n；将每个dj对应的输出功率记为Pnew(2(j‑1)+1)，此处Pnew(2(j‑1)+1)表示集合Pnew的第(2(j‑1)+1)个元素，在每两个相邻占空比之间增加一个新的占空比，得到占空比集合：Dnew＝{d1,d1+(d2‑d1)r1,d2,...,dn‑1+(dn‑dn‑1)rn‑1,dn}，其中rk为[0,1]之间的随机数，k＝1,2,...,n‑1；将占空比集合中新增加的占空比Dnew(2k)分别作为太阳能电池组后面连接的DC/DC变换器占空比，得到采用该占空比时太阳能电池组的稳态输出功率记为Pnew(2k)，k＝1,2,...,n‑1；取m是集合Pnew中最大值对应的下标，表示第g代时第i个粒子的适应值，则对应的适应值，取至此得到3个初始化粒子的位置，该3个初始化粒子对应的适应值分别为步骤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，具体步骤是，除适应值最大的粒子外，将其余两个粒子根据粒子群算法的位置按照公式(3)、(4)更新速度Vlg+1和位置表达式如下：Vlg+1=ωVlg+c1r1(Pbest_l-Xlg)+c2r2(Xbest-Xlg),---(3)]]>Xlg+1=Xlg+Vlg+1,---(4)]]>其中，g为迭代次数；Vlg为粒子l在第g次迭代时的速度；为粒子l在第l次迭代时的位置；Xbest是全局最优解位置；ω为惯性权重；c1、c2均为学习因子，c1对应自身学习部分，c2对应社会学习部分；r1和r2均为[0,1]之间的随机数；Pbest_l是个体l的历史最优解位置；迭代过程中g＝g+1；步骤6、对粒子适应值进行评价，更新个体历史最优解位置Pbest_l和全局最优解位置Xbest，具体步骤是，把3个粒子位置作为太阳能电池组连接的DC‑DC变换器的占空比，记录其对应的太阳能电池组稳态输出功率值表示粒子l在第g次迭代时的适应值，l＝1,2,3，6.1)更新个体历史最优解位置Pbest_l对于当前第g代中的第l个粒子，比较其对应的适应值与其自身历史最优位置对应的适应值，如果该粒子的适应值大于该粒子的历史最优位置对应的适应值，那么用该粒子的适应值替换个体历史最优适应值，同时将该粒子位置设为个体历史最优位置，具体过程是：若则其中Jlmax表示粒子l的个体历史最优适应值，l＝1,2,3；6.2)更新全局最优解位置Xbest比较当前种群中所有l个粒子历史最优适应值，取其中最大的为全局最优适应值，同时将适应值最大的粒子位置设为全局最优解位置，即m为最大历史适应值对应的下标，Xbest＝Pbest_m；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Xbest作为DC/DC变换器的占空比D；否则，返回步骤4，重新搜索。