一种光伏发电系统及光伏阵列最大功率点跟踪控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光伏发电系统及光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，该方法根据采集光伏阵列的各个光伏板输出的电压和电流；光伏阵列的各个光伏板对应光伏阵列的各个输出点；并以光伏阵列输出为种群，以光伏阵列的各个输出点为个体，以光伏阵列输出点的功率为适应度函数，采用自适应差分进化方法对光伏阵列的输出功率进行全局跟踪，直至筛选出光伏阵列的最大功率输出点。本发明专利技术能够通过自适应差分进化算法快速准确的寻找到光伏阵列发电的最大功率点，从而提高发电效率并降低系统功耗。该方法在寻找最大功率点方面，克服了其他算法中容易出现的振荡问题，增强了系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种光伏发电系统及光伏阵列最大功率点跟踪控制方法
本专利技术属于光伏发电
，具体涉及一种光伏发电系统及光伏阵列最大功率点跟踪控制方法。
技术介绍
光伏阵列是太阳能光伏发电系统电能的来源，能否充分发挥光伏阵列的效用对整个太阳能光伏发电系统具有重要的作用。光伏阵列的输出功率是其所受光照强度、器件结温的非线性函数。即使在外部环境稳定的情况下，光伏阵列的输出功率也会随着外部负载的变化而变化，只有当外部负载与光伏阵列达到阻抗匹配时，光伏阵列才会输出最大功率，此时的工作点称光伏阵列的最大功率点(MaximumPowerPoint，MPP)。为了充分发挥光伏阵列的效能，需根据外部环境和负载情况不断调节光伏阵列的工作点使其输出最大功率，将此功率调节过程称为最大功率点跟踪(MaximumPowerPointTracking，MPPT)。MPPT是一种通过调节电气模块的工作状态，使光伏电池板能够输出更多电能的电气系统。如果负载与太阳能电池直接相连接，当光照或者温度变化时，负载的工作点偏离最大功率点，系统输出功率下降，负载就不能获得最大功率。为了使光伏电池在各种温度以及光照条件下都能将发出的功率最大限度地输出给蓄电池，可以在光伏电池和蓄电池之间设置一个控制单元以实现光伏电池功率的最大输出，这相当于在太阳能电池与负载之间接入一个阻抗变换器，使得负载的输入阻抗与太阳能电池的输出阻抗总是处于最佳的匹配状态，从而得到最大输出功率。目前，常用的MPPT方法包括：电流检测法、恒定电压法、滞环比较法、最优梯度法、电导增量法、模糊控制法等，这些方法都能够在一定程度上实现MPPT算法的效果，但是效果都不够理想。例如，恒定电压法所依据参数与外界环境有关，跟踪效果并不理想；模糊控制法需要以专家经验为基础，而一般来说专家经验并不完备；最主要的是，这些跟踪算法都存在着一定程度的震荡。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光伏发电系统及光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，用以解决现有技术中的跟踪算法存在震荡而导致跟踪效果不好的问题。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：本专利技术提供了一种光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，包括如下方法方案：方法方案一，包括如下步骤：采集步骤：采集光伏阵列的各个光伏板输出的电压和电流；其中，光伏阵列的各个光伏板对应光伏阵列的各个输出点；跟踪步骤：以光伏阵列输出为种群，以光伏阵列的各个输出点为个体，以光伏阵列输出点的功率为适应度函数，采用自适应差分进化方法对光伏阵列的输出功率进行全局跟踪，筛选出光伏阵列的最大功率输出点；其中，光伏阵列输出点的功率为对应电压和电流的乘积；控制步骤：根据最大功率输出点对负载进行控制。方法方案二，在方法方案一的基础上，所述自适应差分进化方法的步骤包括：1)以适应度函数对种群中的个体进行筛选，将适应度函数值小于该轮设定适应度阈值的个体进行淘汰，得到该轮的种群；2)更新变异因子和交叉因子，利用更新后的变异因子和交叉因子对该轮的种群中的个体进行变异和交叉操作，得到筛选的种群；3)对筛选的种群进行下一轮的进化操作，直至满足迭代次数，得到最优的种群，从最优的种群中选择适应度函数值最高的个体作为光伏阵列的最大功率输出点。方法方案三，在方法方案二的基础上，所述变异因子为：其中，K(G)为变异因子；为种群适应度方差，Np为种群规模，fi为第i个个体的适应度值，fav为种群的平均适应度值，fbest为当前种群中最优适应度值；Kmin为变异因子取值的下限；Kmax为变异因子取值的上限。方法方案四，在方法方案二的基础上，所述交叉因子为：其中，CR(G)为交叉因子，为种群适应度方差，Np为种群规模，fi为第i个个体的适应度值，fav为种群的平均适应度值，fbest为当前种群中最优适应度值；CRmin为交叉因子取值的下限；CRmax为交叉因子取值的上限。本专利技术还提供了一种光伏发电系统，包括如下系统方案：系统方案一，包括光伏阵列、采集单元、控制单元和用于与光伏阵列连接的DC/DC变换器，所述采集单元与光伏阵列连接，所述控制单元控制连接所述DC/DC变换器、并采样连接所述采集单元；所述采集单元用于采集光伏阵列的各个光伏板输出的电压和电流；其中，光伏阵列的各个光伏板对应光伏阵列的各个输出点；所述控制单元用于以光伏阵列输出为种群，以光伏阵列的各个输出点为个体，以光伏阵列输出点的功率为适应度函数，采用自适应差分进化方法对光伏阵列的输出功率进行全局跟踪，直至筛选出光伏阵列的最大功率输出点；其中，光伏阵列输出点的功率为对应电压和电流的乘积；并根据最大功率输出点来控制DC/DC变换器。系统方案二，在系统方案一的基础上，还包括电网频率和相位跟踪单元、DC/AC逆变器；DC/AC逆变器一端连接DC/DC变换器，另一端用于连接电网；所述电网频率和相位跟踪单元用于采样连接电网，控制连接所述DC/AC逆变器。系统方案三，在系统方案一的基础上，所述DC/DC变换器采用有源钳位反激DC/DC变换拓扑结构。系统方案四，在系统方案二的基础上，所述DC/AC逆变器采用全桥逆变的拓扑结构。系统方案五，在系统方案一的基础上，所述控制单元中采用的自适应差分进化方法的步骤包括：以适应度函数对种群中的个体进行筛选，将适应度函数值小于该轮设定适应度阈值的个体进行淘汰，得到该轮的种群；更新变异因子和交叉因子，利用更新后的变异因子和交叉因子对该轮的种群中的个体进行变异和交叉操作，得到筛选的种群；对筛选的种群进行下一轮的进化操作，直至满足迭代次数，得到最优的种群，从最优的种群中选择适应度函数值最高的个体作为光伏阵列的最大功率输出点。系统方案六，在系统方案五的基础上，所述变异因子为：其中，K(G)为变异因子；为种群适应度方差，Np为种群规模，fi为第i个个体的适应度值，fav为种群的平均适应度值，fbest为当前种群中最优适应度值；Kmin为变异因子取值的下限；Kmax为变异因子取值的上限；所述交叉因子为：其中，CR(G)为交叉因子，为种群适应度方差，Np为种群规模，fi为第i个个体的适应度值，fav为种群的平均适应度值，fbest为当前种群中最优适应度值；CRmin为交叉因子取值的下限；CRmax为交叉因子取值的上限。本专利技术的有益效果为：本专利技术的光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，根据采集光伏阵列的各个光伏板的电压和电流；光伏阵列的各个光伏板对应光伏阵列的各个输出点；并以光伏阵列输出为种群，以光伏阵列的各个输出点为个体，以光伏阵列输出点的功率为适应度函数，采用自适应差分进化方法对光伏阵列的输出功率进行全局跟踪，直至筛选出光伏阵列的最大功率输出点。本专利技术的控制方法，相当于在太阳能电池与负载之间接入一个阻抗变换器，使得负载的输入阻抗与太阳能电池的输出阻抗总是处于最佳的匹配状态，从而得到最大输出功率。它能够通过自适应差分进化算法快速准确的寻找到光伏阵列发电的最大功率点，从而提高发电效率并降低系统功耗。该方法在寻找最大功率点方面，克服了其他算法中容易出现的振荡问题，增强了系统的稳定性。本专利技术的光伏发电系统，包括控制单元，该控制单元在接收到采集的光伏阵列的电流电压采样数据后，根据这些数据采用上述介绍的光伏阵列最大功率点输出跟踪控制方法来输出控制DC/DC变换的PWM波。该系统稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：采集步骤：采集光伏阵列的各个光伏板输出的电压和电流；其中，光伏阵列的各个光伏板对应光伏阵列的各个输出点；跟踪步骤：以光伏阵列输出为种群，以光伏阵列的各个输出点为个体，以光伏阵列输出点的功率为适应度函数，采用自适应差分进化方法对光伏阵列的输出功率进行全局跟踪，筛选出光伏阵列的最大功率输出点；其中，光伏阵列输出点的功率为对应电压和电流的乘积；控制步骤：根据最大功率输出点对负载进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，包括如下步骤：采集步骤：采集光伏阵列的各个光伏板输出的电压和电流；其中，光伏阵列的各个光伏板对应光伏阵列的各个输出点；跟踪步骤：以光伏阵列输出为种群，以光伏阵列的各个输出点为个体，以光伏阵列输出点的功率为适应度函数，采用自适应差分进化方法对光伏阵列的输出功率进行全局跟踪，筛选出光伏阵列的最大功率输出点；其中，光伏阵列输出点的功率为对应电压和电流的乘积；控制步骤：根据最大功率输出点对负载进行控制。2.根据权利要求1所述的光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述自适应差分进化方法的步骤包括：1)以适应度函数对种群中的个体进行筛选，将适应度函数值小于该轮设定适应度阈值的个体进行淘汰，得到该轮的种群；2)更新变异因子和交叉因子，利用更新后的变异因子和交叉因子对该轮的种群中的个体进行变异和交叉操作，得到筛选的种群；3)对筛选的种群进行下一轮的进化操作，直至满足迭代次数，得到最优的种群，从最优的种群中选择适应度函数值最高的个体作为光伏阵列的最大功率输出点。3.根据权利要求2所述的光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述变异因子为：其中，K(G)为变异因子；为种群适应度方差，Np为种群规模，fi为第i个个体的适应度值，fav为种群的平均适应度值，fbest为当前种群中最优适应度值；Kmin为变异因子取值的下限；Kmax为变异因子取值的上限。4.根据权利要求2所述的光伏阵列最大功率点跟踪控制方法，其特征在于，所述交叉因子为：其中，CR(G)为交叉因子，为种群适应度方差，Np为种群规模，fi为第i个个体的适应度值，fav为种群的平均适应度值，fbest为当前种群中最优适应度值；CRmin为交叉因子取值的下限；CRmax为交叉因子取值的上限。5.一种光伏发电系统，包括光伏阵列、采集单元、控制单元和用于与光伏阵列连接的DC/DC变换器，所述采集单元与光伏阵列连接，所述控制单元控制连接所述DC/DC变换器、并采样连接所述采集单元，其特征在于，所述采集单元用于采集光伏阵列的各个光伏板输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡玉纯，王伟，屈许良，张俊豪，
申请(专利权)人：河南森源电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41