[發明專利]一種基于核偏最小二乘的最大功率點跟蹤控制方法

在審

• 申請號: 201611257016.6
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN108267951A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 呂友杰;張俊芳;張雅慧;徐憶;鄧遠
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05F1/67
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 孟睿

本發明提出一種基于核偏最小二乘的最大功率點跟蹤控制方法，根據光伏電池的光電轉換特性，確定影響其輸出功率的各種因素；采集光伏電池實際運行數據與對應的最大功率點電壓，得到訓練集樣本和預測集樣本；使用核偏最小二乘回歸算法對訓練集樣本進行回歸擬合，建立輸入變量與最大功率點電壓的非線性關系，將預測集樣本作為核偏最小二乘算法的輸入，將其輸出做為最大功率點電壓的預測值；將光伏電池的工作電壓動態調整為最大功率點電壓的預測值，使其工作在最大功率點。本發明使光伏電池始終工作在最大功率點。

技術領域

本發明屬于智能電網領域，具體涉及一種基于核偏最小二乘的最大功率點跟蹤控制方法。

背景技術

21世紀以來，能源危機日益加劇，化石燃料面臨枯竭，其造成的環境污染和溫室效應也成為擺在人類面前的巨大問題，所以人們轉而尋求其他可再生能源。光伏發電憑借綠色無污染、發電裝置過程簡單、無噪聲等優點，獲得了人們的青睞。

光伏發電的基本組件是光伏電池，它通過光生伏打效應將光能直接轉化為電能。光伏電池由晶體硅制成，造價成本較高。由于光伏電池的輸出電壓和輸出電流隨著外界光照強度和工作溫度的變化而變化，且具有強烈的非線性，因此在特定的工作環境下存在著一個唯一的最大功率點。為了最大限度地提高光伏電池的轉換效率，必須使其始終工作在最大功率點。現有的最大功率點(MPPT)電壓跟蹤控制方方法主要有恒定電壓法、擾動觀察法、電導增量法等。恒定電壓法忽略了溫度對輸出功率的影響，實際光伏電池并不工作在最大功率點；擾動觀察法由于不斷地引入擾動，光伏電池總是在最大功率點附近波動；電導增量法應用時在步長選擇上存在困難。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于核偏最小二乘的最大功率點跟蹤控制方法，引入一種機器學習的算法來動態預測光伏電池最大功率點的工作電壓，并實時調整光伏電池的工作電壓等于最大功率點(MPPT)電壓預測值，從而保證光伏電池始終工作在最大功率點，使得光伏電池的輸出功率最大化，提高光電轉換效率，產生更高的經濟效益。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種基于核偏最小二乘的最大功率點跟蹤控制方法，步驟如下：

步驟一、根據光伏電池的光電轉換特性，確定影響其輸出功率的各種因素；

步驟二、采集光伏電池實際運行數據與對應的最大功率點電壓，得到訓練集樣本和預測集樣本；

步驟三、使用核偏最小二乘回歸算法對訓練集樣本進行回歸擬合，建立輸入變量與最大功率點電壓的非線性關系，將預測集樣本作為核偏最小二乘算法的輸入，將其輸出做為最大功率點電壓的預測值；

步驟四、將光伏電池的工作電壓動態調整為最大功率點電壓的預測值，使其工作在最大功率點。

步驟一中，影響其輸出功率的各種因素包括工作溫度、光照輻射強度和電路負載。

步驟二中，在不同的工作溫度、光照強度和負載下，收集光伏電池實際運行數據，并采集在該運行條件下的對應的最大功率點電壓值，剔除明顯異常值后，形成訓練集樣本和測試集樣本。

步驟三中，自變量為工作溫度、光照強度和所帶負載，因變量為最大功率點電壓。

本發明與現有技術相比，其顯著優點在于：

(1)本發明通過挖掘實際數據的內在規律，預測光伏電池的最大功率點工作電壓，預測結果更符合實際情況，具有更高的預測精度和穩定性。

(2)本發明只需調整光伏電池工作電壓等于MPPT(最大功率點)電壓預測值，避免了對工作電壓施加擾動，從而有效避免系統在最大功率點處的震蕩運行。

(3)本發明提供的核偏最小二乘算法能夠有效地描述變量與最大功率點電壓間的非線性關系，并且算法可由程序語言實現，可省去硬件設備。

下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。