一种基于模拟退火法的光伏最大功率跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模拟退火法的光伏最大功率跟踪方法，它可以摆脱局部最大功率点可靠地追踪到全局功率最大点。由于加入了辐照度在线监测机制，本算法可以识别出辐照度的变化，并重启动GMPPT，迅速地追踪到新的GMPP。邻域自适应可调，大大加快了追踪的速度，并且减少了追踪过程中的功率振荡，降低了功率损失。更加精细的算法结束条件，使得对GMPP的追踪更加精准，提高了光伏系统的效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模拟退火法的光伏最大功率跟踪方法
本专利技术属于太阳能光伏发电研究领域，特别涉及一种基于模拟退火法的光伏系统最大功率跟踪的优化算法。
技术介绍
近年来，由于化石燃料的大量、快速使用，环境问题及全球能源危机日益严峻。作为主要的清洁可再生能源，太阳能发电得到了普遍的关注与重视并有着广泛的应用前景：能源总量巨大，清洁无污染以及地理上不受限制，同时，太阳能发电系统安全稳定，易于实施和维护。然而，在实际的光伏系统应用环境中，周围物体阴影的遮挡、太阳能板的污点、具体安装朝向不同等问题会严重影响光伏系统电产率。上述问题通常被称为光伏系统的失配问题，这会导致光伏阵列整体的输出静态特性曲线呈现出“多个最大功率点(MultipleMaximumPowerPoint，MMPP)”的现象，使得传统集中式最大功率跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)控制算法难以区分局部最大功率点(LocalMaximumPowerPoint,LMPP)和全局最大功率点(GlobalMaximumPowerPoint,GMPP)，降低了光伏系统的输出功率，严重影响其太阳能转化的效率。为了解决这一问题，基于模糊控制(FuzzyLogicControl)、粒子群算法(ParticleSwarmOptimization)等一系列新的全局最大功率点跟踪(GlobalMaximumPowerPointTracking，GMPPT)算法被提出，大大提高了追踪到GMPP的概率，提升了光伏系统的效率。然而，上述算法在追踪GMPP时往往有较大的功率损失或者需要针对每个单独的光伏系统进行优化。相比之下，基于模拟退火法的GMPPT算法不依赖于电压初值，不需要对每个单独的光伏系统进行优化，故体现出其独有的优势与应用价值。但是现有的模拟退火法只能追踪静态的功率电压曲线的最大值，无法应对辐照度变化的情况；算法停止条件为温度下降至一定阈值，追踪精度不高；缺少邻域的有效调整，导致追踪速度慢。
技术实现思路
为了克服当前模拟退火法在光伏系统GMPPT上的缺陷，本专利技术提出了一种能够快速精确地追踪光伏系统GMPP的基于模拟退火法的改进GMPPT算法。本专利技术采用以下技术方案：一种基于模拟退火法的光伏最大功率跟踪方法，包括以下步骤：(1)在0到开路电压之间随机选取一个初始电压作为工作点电压Vi，测量在该工作点电压下的输出功率Pi，作为参考功率；(2)在邻域内随进进行电压扰动，得到新的工作电压Vk，测量该工作电压Vk下的输出功率Pk；(3)判断步骤(2)进行扰动后的输出功率Pk与步骤(1)的参考功率Pi的关系，如果Pk大于Pi，则接受该扰动点位新的参考点，同时，如果Pk大于当前记录的最大功率值Pmax,则更新最大功率值；如果Pk小于Pi，则参考Metropolios计算接受概率，以此判断是否将该扰动点作为新的参考点；(4)如果在某一邻域内扰动的次数达到了提前设定的扰动次数NS，则调整邻域大小，当调整邻域的次数达到提前设定的调整次数时，对当前环境降温，并将当前的扰动点作为目前的最大功率点；(5)判断是否追踪到最大功率。优选地，所述的步骤(2)中的Vk按照以下公式计算：Vk＝Vi+r*step其中，r为[-1,1]之间的随机数，step为当前的邻域大小。优选地，步骤(3)中的参考Metropolios计算接受概率，按照以下公式计算：其中，Pr为接受概率，Tk为当前温度。优选地，步骤(3)中，参考Metropolios计算接受概率，以此判断是否将该扰动点作为新的参考点的方法为：若接受概率Pr大于0.1，则接受扰动点，否则拒绝。优选地，步骤(4)根据以下公式调整邻域大小：其中，newstep为调整后的邻域大小，No_accept为接受扰动点的次数，NS为给定邻域内的扰动次数，step为当前邻域大小。优选地，步骤(4)中，对当前环境降温按照以下公式进行：Tk+1＝αTk，其中，Tk为当前温度，Tk+1为降温后的温度，α为温度下降率。优选地，判断是否追踪到最大功率的方法为：ΔP＝|Pi-Pmax|，若且连续M个输出功率都在记录的最大功率附近，则认为已追踪到GMPP。优选地，进一步包括步骤(6)：当追踪到GMPP后，停止对电压的扰动，输出电压，并实时监测输出功率，判断是否发生辐照度的变化，如果存在辐照度的变化，则重新启动GMPPT，否则输出电压。优选地，如果以下公式成立，则认为辐照度发生变化：与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术公开了一种基于模拟退火法的改进全局最大功率点跟踪算法。当光伏阵列的P-V特性因局部阴影遮挡而呈现出多峰值现象时，可以快速、准确地追踪到光伏阵列的全局最大功率点；由于邻域的自适应可调，在追踪过程中可以避免功率的大幅度波动；同时该算法能检测辐照度变化，并及时追踪到新的GMPP。【附图说明】图1为本专利技术基于模拟退火法的GMPPT算法的流程图。图2(a)、(b)为实施例中的P-V特性曲线。图3(a)、(b)为实施例中GMPPT过程示意图。【具体实施方式】本专利技术提出的基于模拟退火法的GMPPT算法是通过模拟晶体熔化后降温结晶的过程，构造一个类似的降温机制，在每个温度下进行一定次数电压的扰动，参考Metropolis判据决定接受或拒绝新的工作点，并根据实际接受次数所占比率来调整邻域的大小，从而达到既快速又精确的追踪效果，同时该算法能检测辐照度变化，并及时追踪到新的GMPP。其流程图如图1所示。下面结合实施例及附图，对本专利技术做进一步详细的说明。实施例中GMPPT的流程图如附图1所示，包括以下步骤：1、参数设置设置初始温度T0、温度下降率α、邻域大小step、结束标志flag、给定邻域内的扰动次数NS、给定温度下的邻域调整次数NT。2、初始化电压在0到开路电压Voc之间随机选取一个初始电压V0作为初始的工作点电压。3、测量功率根据初始化的电压V0测出相应的输出功率P0。4、GMPPT过程4.1在邻域内随机进行电压扰动，得到新的工作电压Vk。具体产生方式为：Vk＝Vi+r*step(1)其中，r为[-1,1]之间的随机数，step为当前的邻域大小，对于Vi而言，当i＝1时，Vi＝V0。4.2测量出Vk对应的输出功率Pk。并将扰动次数No_perturb加1。4.3如果Pk大于参考功率Pi，对于Pi而言，当i＝1时，Pi＝P0，则接受扰动点为新的参考点，同时，将接受新解的次数No_accept加1：Pi＝Pk,Vi＝Vk(2)如果Pk大于当前记录的最大功率值Pmax,更新最大功率值：Pmax＝Pk,Vmax＝Vk(3)4.4如果Pk小于参考功率Pi，对于Pi而言，当i＝1时，Pi＝P0，则本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于模拟退火法的光伏最大功率跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在0到开路电压之间随机选取一个初始电压作为工作点电压Vi，测量在该工作点电压下的输出功率Pi，作为参考功率；(2)在邻域内随机进行电压扰动，得到新的工作电压Vk，测量该工作电压Vk下的输出功率Pk；(3)判断步骤(2)进行扰动后的输出功率Pk与步骤(1)的参考功率Pi的关系，如果Pk大于Pi，则接受该扰动点位新的参考点，同时，如果Pk大于当前记录的最大功率值Pmax,则更新最大功率值；如果Pk小于Pi，则参考Metropolios计算接受概率，以此判断是否将该扰动点作为新的参考点；(4)如果在某一邻域内扰动的次数达到了提前设定的扰动次数NS，则调整邻域大小，当调整邻域的次数达到提前设定的调整次数时，对当前环境降温，并将目前的最大功率点作为当前的参考点；(5)判断是否追踪到最大功率。

【技术特征摘要】
1.一种基于模拟退火法的光伏最大功率跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在0到开路电压之间随机选取一个初始电压作为工作点电压Vi，测量在该工作点电压下的输出功率Pi，作为参考功率；(2)在邻域内随机进行电压扰动，得到新的工作电压Vk，测量该工作电压Vk下的输出功率Pk；(3)判断步骤(2)进行扰动后的输出功率Pk与步骤(1)的参考功率Pi的关系，如果Pk大于Pi，则接受该扰动点位新的参考点，同时，如果Pk大于当前记录的最大功率值Pmax,则更新最大功率值；如果Pk小于Pi，则参考Metropolios计算接受概率，以此判断是否将该扰动点作为新的参考点；(4)如果在某一邻域内扰动的次数达到了提前设定的扰动次数NS，则根据以下公式调整邻域大小，当调整邻域的次数达到提前设定的调整次数时，对当前环境降温，并将目前的最大功率点作为当前的参考点；0.6*Nsnewstep=step1+12*0.4-No_accept/Ns0.4,ifNo_accept<0.4*Nsnewstep=step,otherwise]]>其中，newstep为调整后的邻域大小，No_accept为接受扰动点的次数，NS为给定邻域内的扰动次数，step为当前邻域大小；(5)判断是否追踪到最大功率。2.根据权利要求1所述的一种基于模拟退火法的光伏最大功率跟踪方法，其特征在于：所述的步骤(2)中的Vk按照以下公式计算：Vk＝Vi+r*step其中，r为[-...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丰，范雨森，朱田华，卓放，史书怀，孙乐嘉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61