一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法技术

本发明专利技术涉及一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法：首先，建立光伏（PV）阵列数学模型，以PV阵列输出功率最大为目标，建立待优化的目标函数，并确定PV阵列电气开关状态量应满足的约束条件；然后，为进一步提高海洋捕食者优化算法（MPA）在模型求解过程中的搜索能力和收敛性能力，对标准MPA进行改进，并建立PV阵列重构后输出特性的衡量指标；最后，通过软件仿真，基于改进MPA（IMPA）进行PV阵列重构，验证所提方法的有效性与优越性。经过仿真分析，所提方法可有效缓解部分遮阴对PV阵列有功输出的影响，减少系统功率损耗，改善PV阵列在遮阴情况下I

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法


[0001]本专利技术涉及光伏发电
，具体涉及一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法。

技术介绍

[0002]太阳能作为一种取之不尽用之不竭的能源因其清洁无污染性而广受人们关注。但是光伏电池转换效率低，易受外界环境影响和自身建造工艺不完善等问题依然是当前一大亟待解决的问题。光伏阵列在运行过程中难免会由于飞鸟、云层、附近建筑物以及间距设置不合理等因素而产生部分阴影遮挡问题，这种随机不规则的部分阴影遮挡会使光伏输出变得十分不稳定。同时光伏阵列中被遮挡的电池单元由于输出电流降低，导致阵列整体输出电压被施加到该单元，使其变成负载消耗电能产生热量，损坏电池和系统。
[0003]光伏阵列在部分阴影条件下工作时会因为功率失配而损失能量，致使输出特性曲线出现多峰值，而部分阴影遮挡问题又无法绝对的避免。光伏重构技术是减轻该问题影响的有效方法，经过重构的光伏阵列可以获得最优的阴影分布，有效均衡了阵列的行电流，可以有效减少阵列输出特性的多峰，对最大功率点追踪有一定的改善效果，实现了减轻部分遮阴影响和提高输出功率的目标。同时也改改善了阴影条件下阵列的I
‑
U、P
‑
U特性，因此，提出一种行之有效的光伏阵列重构方法具有极为重要的现实意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，针对现有研究多采用群智能算法进行光伏阵列重构，但所提方法输出功率提高受限，失配损耗较高，功率提升百分比较低，且伴随着收敛速度不高和收敛精度低的问题，本专利技术提出一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法，该方法利用改进海洋捕食者算法进行PV阵列重构，使得PV阵列获得最大的功率输出，可有效缓解部分遮阴对系统有功输出的影响，减少系统功率损耗，改善PV阵列在遮阴情况下I
‑
U和P
‑
U输出特性曲线出现多峰值的问题。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法，包括如下步骤：
[0006]步骤1：建立光伏阵列数学模型；
[0007]步骤2：以光伏阵列输出功率最大为目标，建立待优化的目标函数，并确定光伏阵列电气开关状态量应满足的约束条件；
[0008]步骤3：对标准MPA进行改进；
[0009]步骤4：建立光伏阵列重构后输出特性的衡量指标；
[0010]步骤5：基于IMPA对光伏阵列进行重构。
[0011]具体的，所述步骤1中，建立光伏阵列数学模型。光伏阵列多采用全交叉型(TCT)结构，光伏组件先串联形成组件串，然后再并联形成TCT型结构。对于尺寸为“m
×
n”的光伏阵列，其中第i行第j列对应组件M
ij
在光辐照度G
ij
下产生的电流为I
ij
，其计算公式为：
[0012][0013]式中，表示组件M
ij
在光辐照度G0下产生的电流。
[0014]则光伏阵列的输出功率为：
[0015][0016]式中，V
i
、I
i
分别表示PV阵列第i行的电压和电流。
[0017]具体的，所述步骤2，以光伏阵列输出功率最大为目标，建立待优化的目标函数，并确定光伏阵列电气开关状态量应满足的约束条件。光伏阵列重构是根据不同的阴影模式通过调整光伏板中组件的连接方式，确定最佳的连接方式下光伏阵列每一行的功率之和最大，因此建立目标函数：
[0018][0019]式中，P
a
是表示不使用旁路二极管时的输出功率，W
f
为其权重系数，通常取10；E
e
是光伏阵列的最大行电流I
max
和单个行电流I
i
之间的误差之和(W
e
为其权重系数，通常取10)，计算公式为：
[0020][0021]每个组件仅与同一列中的另一个组件交换，即组件改变的是行序号。因此，由电气开关状态构成的重构变量应满足约束条件：
[0022][0023]式中，x
i,j
为第i行、第j列组件的序号。
[0024]具体的，所述步骤3，对标准MPA进行改进。根据种群规模N、维度D初始化猎物矩阵X，利用下式对矩阵中的每个元素X
ij
进行初始化。
[0025]X
ij
＝X
min
+r
·
(X
max
‑
X
min
) i＝1,2,
…
,N j＝1,2,
…
,D
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0026]式中，X
max
、X
min
分别为解的上、下限；r为(0,1)内的随机数。
[0027]在此基础上，对种群进行优化迭代，按照迭代次数t与最大迭代次数t
max
之间的关系分为初期中期与末期三个迭代阶段。
[0028]1)初期：捕食者比猎物的速度更快，捕食者最好的策略是原地不同，猎物种群动作具体可表示为：
[0029][0030]式中，X
i
、E
i
分别为当前迭代次数t时第i个猎物的位置和第i个精英捕食者的位置；
d
i
表示移动步长；R
B
为布朗运动随机量；p取常数0.5；R为0到1之间的均匀随机数；表示克罗内克积。
[0031]2)中期：当猎物与捕食者移动速度相近，种群被分为探测与开发两个部分进一步寻找最优解。种群前半部分i＝1,
…
,N/2，通过莱维运动进行探测，数学表达式为：
[0032][0033]式中，R
L
为莱维运动随机向量。
[0034]对于种群后半部分i＝N/2,N/2+1,
…
,N，通过布朗运动进行开发，数学表达式为：
[0035][0036]式中，C
F
表示控制捕食者移动步长的自适应系数，数学表达式为：
[0037][0038]3)末期：捕食者速度比猎物速度慢，捕食者进行莱维运动以提高局部搜索能力，数学表达式为：
[0039][0040]考虑海洋涡流与人工集鱼装置对种群的影响，二次种群更新可表示为：
[0041][0042]式中，β为随机生成的二进制量；p
F
表示影响捕食者减小局部极值影响的概率，取值为0.2；X
r1
、X
r2
为随机猎物个体。
[0043]海洋捕食者算法与其他启发式算法稍有不同，它根据迭代次数分为三个阶段，每个阶段使用不同的策略计算步长并移动猎物位置，具有寻优能力强、所需参数少等优点，但仍存在收敛速度慢、搜索精度不够等缺陷。为进一步提高算法在面对高维、高复杂度场景下的优化问本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立光伏阵列数学模型；步骤2：以光伏阵列输出功率最大为目标，建立待优化的目标函数，并确定光伏阵列电气开关状态量应满足的约束条件；步骤3：对标准MPA进行改进；步骤4：建立光伏阵列重构后输出特性的衡量指标；步骤5：基于IMPA对光伏阵列进行重构。2.根据权利要求1所述的一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法，所述步骤1：建立光伏阵列数学模型；光伏阵列多采用全交叉型(TCT)结构，光伏组件首先通过串联形成组件串，这些组件串再并联形成TCT型结构；对于尺寸为“m
×
n”的光伏阵列，其中第i行第j列对应组件M
ij
在光辐照度G
ij
下产生的电流为I
ij
，其计算公式为：式中，表示组件M
ij
在光辐照度G0下产生的电流；则光伏阵列的输出功率为：式中，V
i
、I
i
分别表示PV阵列第i行的最大输出电压和电流。3.根据权利要求1所述的一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法，其特征在于，所述步骤2：以光伏阵列输出功率最大为目标，建立待优化的目标函数，并确定光伏阵列电气开关状态量应满足的约束条件；光伏阵列重构是根据不同的阴影模式通过调整光伏板中组件的连接方式，确定最佳的连接方式下光伏阵列每一行的功率之和最大，因此建立目标函数：式中，P
a
是表示不使用旁路二极管时的输出功率，W
f
为其权重系数，通常取10；E
e
是光伏阵列的最大行电流I
max
和单个行电流I
i
之间的误差之和(W
e
为其权重系数，通常取10)，计算公式为：每个组件仅与同一列中的另一个组件交换，即组件改变的是行序号；因此，由电气开关状态构成的重构变量应满足约束条件：式中，x
i,j
为第i行、第j列组件的序号。
4.根据权利要求1所述的一种基于改进海洋捕食者算法的光伏阵列重构方法，其特征在于，所述步骤3：对标准MPA进行改进；海洋捕食者算法与其他启发式算法稍有不同，它根据迭代次数分为三个阶段，每个阶段使用不同的策略计算步长并移动猎物位置，具有寻优能力强、所需参数少等优点，但仍存在收敛速度慢、搜索精度不够等缺陷；为进一步提高算法在面对高维、高复杂度场景下的优化问题时的求解特性，采用以下策略对标准算法进行改进：1)引入准对立学习策略提高MPA的收敛速度；通过计算当前解在搜索空间中的对立解来扩展搜索范围；对立解可以表示为：X
i
′
＝lb+ub
‑
X
i
式中，ub、lb分别表示搜索代理的上、下限边界值；准对立学习计算的准对立点位于中点和对立点之间；准对立解比当前解更接近未知最优解的概率大于1/2，即准对立解更接近最优解，因此可以加快收敛速度；准对立解的计算公式如下：式中，m＝(ub+lb)/2，r1、r2为0到1之间的均匀随机数；使用准对立学习策略计算所有个体的准对...

【专利技术属性】
技术研发人员：元亮，王丽晔，苗桂喜，孙浩然，席晟哲，连勇，闫娇，赵悠悠，王悠然，崔哲芳，王远，王琪，张芳，孙文强，郑惠瀛，秦广涛，苏子乐，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司安阳供电公司，
类型：发明
国别省市：