[發明專利]一種基于改進型螢火蟲算法的光伏陣列MPPT控制方法

有效

• 申請號: 201811364727.2
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109270981B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 王安娜;劉宇凝
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G05F1/67
• 分類號: G05F1/67;G05B13/04
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

本發明提出一種基于改進型螢火蟲算法的光伏陣列MPPT控制方法，流程包括：定義參數含義、初始化基本參數；初始螢火蟲位置；通過目標函數值計算螢火蟲的最大螢光亮度；計算螢火蟲當前時刻的吸引度和相對熒光亮度；計算當前時刻螢火蟲自適應移動步長；更新螢火蟲的位置；重新計算螢火蟲的最大熒光亮度；若滿足搜索精度或達到最大迭代次數且不滿足重啟條件，則結束算法輸出最大功率；本發明對光伏陣列進行最大功率點尋優，能夠有效避免系統趨于穩定時的功率震蕩問題，且能夠較好地適用于均勻光照、局部陰影和可變陰影情況下的MPPT，避免算法陷入局部最優，且不會丟失任何極值點，提高了收斂速度與穩定性，更加實用化。

技術領域

本發明屬于光伏發電技術領域，具體涉及一種基于改進型螢火蟲算法的光伏陣列MPPT控制方法。

背景技術

目前，非可再生能源作為仍然是人類能源利用最重要的部分，約占90％，主要為煤炭、石油、天然氣等，但是這些化石能源是會隨人類社會的發展需求而大量被使用，逐漸地消耗用盡。太陽能作為可再生綠色能源，無污染、低成本等特點，已經成為代替傳統能源的首選能源。但是，在實際的應用中，太陽能光伏發電系統中光伏陣列的輸出功率呈現非線性的特征，輸出功率會隨著日照以及環境溫度的變化，在不同的光照強度和環境溫度下光伏陣列有不同的輸出電壓，只有在某一特定的電壓下光伏陣列才能達到最大的輸出功率。因此，找到一種更為有效的最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking，MPPT)方法使光伏陣列達到最大的轉換效率顯得極為重要。

近幾年多種MPPT算法被提出，包括傳統的電導增量法、擾動觀察法等。這些算法計算簡單，設備要求低，有較好的追蹤效果。但這兩種算法都有一個共同的問題：步長固定。當步長過大，整個系統的震蕩會加劇，不利于系統的穩定性；若步長過小，光伏陣列就會長時間保持低功率輸出，跟蹤時間長且達不到最大跟蹤的效果。發生局部遮陰情況(Partialshadow condition，PSC)時，光伏電池輸出特性曲線會呈現出多峰狀態，此時經典算法無法區分局部極值(Local peak，LP)和全局最大值(Global peak，GP),很可能因產生強烈震蕩而失效。

目前，隨著智能技術的大力發展，粒子群算法(Particle Swarm Optimization，PSO)和遺傳算法等逐漸應用于光伏發電領域，但粒子群算法由于其受個體最優的影響，可能在一些過低的極值點搜索較長的時間，仍存在追蹤時間較長的問題。遺傳算法進行局部搜索的能力差，容易導致早熟。因此多峰MPPT控制依然是亟待解決的問題。根據對擾動觀察法,電導增量法,粒子群算法,螢火蟲算法(Firefly Algorithm，FA)四種算法的仿真分析得知，螢火蟲算法在局部陰影條件下光伏最大功率點追蹤中的速度，穩定性和效率優于其他算法。

螢火蟲算法是通過模擬螢火蟲的群體出的一類隨機優化算法。其仿生原理是：用搜索空間中的點模擬自然界中的螢火蟲個體，將搜索和優化過程模擬成螢火蟲個體的吸引和移動過程，將求解問題的目標函數度量成個體所處位置的優劣，將個體的優勝劣汰過程類比為搜索和優化過程中用好的可行解取代較差的可行解的迭代過程。

螢火蟲算法包含兩個要素，即亮度和吸引度。亮度決定了其移動方向體現了粒子位置的優劣；吸引度決定了螢火蟲移動的距離。通過亮度和吸引度的不斷更新，從而實現目標優化。當螢火蟲算法直接使用在光伏陣列MPPT的控制算法中時，存在兩個缺陷：移動步長固定和初始位置條件是隨機的；若使用固定的移動步長，則可能使螢火蟲在本領域中因固定移動步長而跳過最優值，而無法找到準確找到最優值，初始位置條件的隨機性使得螢火蟲可能都聚集在一個次優的結果上，無法找到真正的最優解。

發明內容

針對背景技術中提到的問題，本發明提供一種基于改進型螢火蟲算法的光伏陣列MPPT控制方法，將螢火蟲初始位置分散定位在光伏陣列各功率峰值點對應的電壓附近，并設計了改進的自適應步長算法以動態調整螢火蟲移動步長。

具體流程如下：