基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究概要.docx
- 文档编号:27791382
- 上传时间:2023-07-05
- 格式:DOCX
- 页数:18
- 大小:33.45KB
基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究概要.docx
《基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究概要.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究概要.docx(18页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究概要
第38卷第15期电力系统保护与控稍V01.38No.15兰Q!
Q堡!
旦!
旦里21曼!
!
Z!
!
!
翌£翌!
箜垒2翌垫垒92翌塑!
垒竖:
!
:
兰Q!
Q
基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究
肖俊明1,王东云1,李燕斌1’2,焦凌云1
(1.中原工学院,河南郑州450007;2.许继电气股份有限公司,河南许昌461000)
摘要:
为了提高光伏电池的利用率,需对光伏电池的最大功率点进行快速准确的追踪控制。
根据光伏电池的电气特性,建立了光伏阵列的数学模型。
针对传统占空比扰动法的不足,提出了一种基于遗传算法的占空比扰动法,并在Matlab/simulink下进行了建模与仿真.仿真结果表明所提方法能够在外界环境变化睁映速、准确地跟踪太阳能电池的最大功率点,使光伏系统具有良好的动态和稳态性能。
关键词:
遗传算法;占空比;扰动法;最大功率点跟踪;光伏发电系统
ResearchonamaximumpowerpointtrackingwithDRPbasedongeneticalgorithm
XIAOJun—ruin91,WANGDong・yunl,LIYah—bin“,JIAOLing-yunl
(1.ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou450007,China;2.XJElectricCo.,Ltd,Xuchang461000,China)
Abstract:
Itisnecessarytotrackthemaximumpowerpointofsolarcellarrayrapidlyandaccuratelytoimprovetheutilizationofsolarcellarray.ThispaperestablishesamathematicalmodelofphotovoitaicarrayaccordingtOtheelectricalcharacteristicsofsolar
cellarray.Aimingatthelackoftraditionaldutyratioperturbation,adutyratioperturbationbasedongeneticalgorithmisproposed.Thismaximumpower
pointtracking
methodisestablishedandsimulatedwithMatlab/Simulink.Simulationresultsshowthatthemaximumpowerpointtrackingalgorithmbasedongcncticdutyratioperturbationcalltrackthemaximumpowerpointrapidlyandaccuratelywhentheexternalenvironmentalchanges,andCanimprovethestaticanddynamicperformanceofphotovoltaicpowersystem.
Keywords:
geneticalgorithm;duWratio;perturbationmethod;maxil'llumpowerpo缸tracking;photovoltaicpowersystem中图分类号:
TM71文献标识码:
A文章编号:
1674—3415(2010)15-0043-04
0引言
的变化,使光伏系统始终输出最大功率。
光伏电池的光电转换效率低是光伏发电的主要问题之一,通过电力电子技术和控制技术实现光伏发电的最大功率跟踪是解决这一问题的有效措施,它能使电池阵列的输出功率增加约15%~36%l¨。
目前常用的MPPT方法有固定电压法、扰动观察法、增量电导法等。
固定电压法控制简单,但跟踪方式没有考虑到温度对开路电压的影响,能量损失较大。
扰动观察法和增量电导法是目前应用较多的方法,这两种方法转换效率高,但MPPT电路功率开关的占空比调节量△D难以选择,△D较大时,MPPT速度快,在功率最大点附近会出现较大的振荡,能量损失较大;△D较小时,最大功率点附近的振荡减弱,系统对外界的响应速度减慢。
本文介绍了一种基于遗传算法的占空比扰动MPPT控制法,直接根据负载功率的变化来控制Cuk变换器的占空比实现最大功率点跟踪,实验表明该算法在环境发生变化时可以快速跟踪最大功率的1光伏阵列的仿真模型
1.1光伏电池的数学模型
MPPT控制是对光伏电池的输出进行控制,必须建立光伏阵列的数学模型‘21。
光伏电池相当于具有与受光面平行的极薄PN截面的大面积的等效二极管,其等效电路图如图1所示。
亿十
I———◆
卜7『氏∥…&-{1一iT]
图1光伏电池等效电路图
Fig.1Equivalentcircuitofphotovoltaicbattery
由图1可得光伏电池的输出特性方程p1:
万方数据
..44..
电力系统保护与控羽
J=‰一k{exP[去kr(V+璁)卜l}(1)
其中:
k=[k蝎(T-298)】志
(2)
式中:
,'V分别为电池单元的输出电流和电压;,LG为光电流;Io。
为光伏电池的暗饱和电流:
墨为短路电流的温度系数;厶。
R为标准测试条件下光伏电池的短路电流;五为日照强度;A为二极管因子;k为波尔兹曼常数;T为开氏温度;q为电荷电量。
开路电压‰=等lIl(等1+1)
(3)
口
^。
光伏阵列的输出特性方程:
扛%儿一伟k{eXp‘瓦怒(y+飓)】_1)(4)
其中,F/p,玩分别为阵列中光伏电池的并联和串联个数。
光伏阵列的暗饱和电流:
k
2霹I藉LG
eXp(噪)一11.2基于占空比的光伏电池仿真模型
光伏系统的简单示意图如图2所示,负载为一
个电阻月和一个开关K,开关K受一频率恒定的PWM信号的控制,其占空比为D。
当D=-0%时,开关K断开,相当于断路:
D=-100%时,开关K闭合,相当于负载R=R。
负载墨与占空比D之间的关系可近似表示为RL=R/D。
光伏电池的输出电压V=IRI=IR/D,以温度兀日照强度力、固定负载阻值R以及占空比D为输入量的模型如图3所示。
光d
伏1电池
f
V
PWM
』一
图2光伏系统示意图
Fig.2PVsystemdiagram
2
MPPT占空比扰动法分析
光伏发电系统中光伏阵列和负载之间的接口多
采用PWM型的DC/DC变换器和DC/AC逆变器【41,可通过调节PWM信号的占空比D来调节变换器输
入与输出的关系,实现调节光伏电池输出功率JP的功能。
图3光伏电池的仿真模型
Fig.3Simulationmodelsofphotovoltaiccells
占空比扰动法直接将占空比D作为控制参数,通过扰动占空比D测量输出功率的变化量,获知功率变化的方向,光伏电池的P-D关系曲线示意图如图4所示。
图4P-D关系示意图
Fig.4SchematicofP-Drelationship
这种扰动观察法的弊端在于占空比D调整步长的大小无法确定,步长过小,跟踪时间增大影响系统的动态响应特性;步长过大,输出功率波动加大,
从而使系统的稳态误差变大。
3基于遗传算法的占空比扰动法
3.1基于遗传算法的占空比扰动法
光伏系统最大功率的控制过程可以看成是一个优化过程,根据遗传算法的基本原理和计算流程,可以推导出求解改进占空比扰动法的计算过程。
1)适应值函数的确定
适应值函数的选择首先应保证目标函数值到适应值形式映射后的适应值非负,其次目标函数的优化方向应对应于适应值的增大方向,对应于MPPT
枷
一
丛
万方数据
肖俊明,等基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究.45.
控制中求功率最大值的问题,可以采用如下的适应值函数/(x)和目标函数g(x)的映射关系:
m,={烈对i‰等一‰如率已是增大种群多样性的因素,太小会影响新基因的产生,太大则会使GA变成随机搜索,取值范围一般为0.001~0.01。
4仿真结果与分析
式中,吒为当前所有代或最近K代中g(帕最,J、4・1箍销镰列的仿真模型,利用
值。
2)选择标准的确定
选择好基因的方法有很多,如轮盘赌选择法(BoltmanSelection)、锦标赛选择法(TournamentSelection)、分级选择法(Ranl(Selection)、稳定状态选择法(SteadyStateSelection)等,本文选用轮盘赌选择法,按照个体选择概率的大小来分配其在轮盘上所占的比例。
每个染色体入选的概率肼=eval(v,)/F,式中,
popsize
为群体的总适应值,即F=yeval(vi),百
popsize为群体的规模。
3)交叉
遗传算法通过交叉操作产生新的个体,新的染色体按下式产生:
厶ml=aXLm.占+(1一a)x匕.r
式中:
a是一个比例因子,可在区间[0,1】上随机产生;厶船。
为新的子染色体;Zm.r和厶.x为两个父染色体。
4)变异
变异运算是指依据变异概率只将个体编码串中的某些基因值用其他基因值替代的运算,它决定了遗传算法的局部搜索能力。
本文中新染色体按下式产生【5】:
厶=口×(k.一一k椭)+k.miIl
式中:
厶为新的染色体;k一和k.响分别为取最大和最小两个极限时所组成的父染色体。
3.2系统参数的选取
遗传算法与传统的搜索算法不同,它以适应度函数为依据,通过对种群中所有个体的选择、交叉和变异操作,实现群体内个体结构重组的迭代搜索过程,其主要步骤包括编码一初始种群的生成一适应度评估检测一交叉一变异【6】。
系统参数的选择应遵循的原则如下:
种群数目Ⅳ的大小会影响GA的有效性,取值范围一般为20~160;交叉概率P控制着交叉操作的频率,太大会使高适应值的结构很快破坏掉,太小则会使搜索停滞不前,取值范围~般为0.25"0.75;变异概Matlab/simulink搭建光伏发电系统的控制图,如图5所示。
设置光伏电池表面温度弘25℃,负载阻值R=1.568Q,在t=-Is,产2S时,设置太阳辐射强度分别从1000W/m2降至800W/m2和600W/m2,根据文献【2]的数据可知光伏阵列的输出电流应从0.65A分别降至8.45A和6.25A。
图6为由本文建立的仿真模型所得到的光伏阵列输出电流随太阳辐射强度的变化波形图,由图可见本文所得的仿真数据与文献【2】的数据非常接近,表明上述仿真模型町以动态地跟踪太阳辐射强度等参数的变化,具有正确性。
图5仿真控制模型
Fig.5Simulationcontrol
model
图6光伏阵列输出电流随太阳辐射强度的变化Fig.6Photovoltaicarrayoutputcurrentwiththesolarradiationintensitychange
4.2仿真结果
分别设置占空比扰动法的步长为AD=O.2%和AD=2%,并设置日照强度名在t=2s时从600W/m2突然增大至900W/m2,可得功率P的输出波形如图7和图8所示,基于遗传算法的占空比扰动法的功率P输出波形如图9所示。
通过分析波形,可以发现,波形7无稳态误差,
万方数据
..46..电力系统保护与控制
但动态响应慢;波形8跟踪速度较快,动态响应性能较好,但存在波动;波形9不仅跟踪速度快,对外界环境因素变化的反应也比较迅速,而且几乎没有稳态误差。
通过这三个波形的对比可知基于遗传算法的占空比扰动法比传统的占空比扰动法具有更好的动、静态性能。
图7占空比扰动法输出波形(AD=0.2%)
Fig.7OutputwaveformofDRP(AD=0.2%)
图8占空比扰动法输出波形(△D=2%)
Fig.8Output
waveformofDRP(ZXD=2%)
图9基于遗传算法的占空比扰动法输出波形Fig.9Output
waveformofDRPbasedongeneticalgorithm5结论
针对传统占空比扰动法的不足,提出了基于遗传算法的占空比扰动法,该方法可以解决传统占空比扰动算法步长选择的问题。
凭借其较强的寻优能力,避免了由于迭代过程初始值选取不当而引起的难以收敛等麻烦,可从任一初始值开始得到较准确的最大功率值。
该算法在保证稳态误差较小的情况下,可以实现最大功率点的快速跟踪,从而使系统的动态和稳态性能得到很大的提高。
参考文献
[1]杨帆,彭宏伟,胡为兵,等.太阳能电池最大功率点跟踪技术探讨[J】.电子器件,2008,3l(4):
1081-1084.
YANGFan,PENGHong-wei,HUWei—bing,eta1.Studytechnologyofmaximumpowerpointtrackeronthesolarcell[J】.ElectronicDevices,2008,31(4):
1084-1081.[2]茆美琴,余世杰,苏建徽.带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型【J】.系统仿真学报,2005(5):
248.1250.
MAOMei-qin,YUShi-jie,SUJian-hui.VersatileMatlab.simulgionmodelforphotovoltaicarraywith
MPPTfunction[J].JoumalofSystemSimulation,2005(5):
1248.1250.
[3]何薇薇,熊宇,杨金明,等.基于改进MPPT算法的光伏发电最大功率跟踪技术叨.电气传动,2009,39(6):
32.35.
HEWei-wei,XIONGYu,YANGJin-ming,eta1.Photovoltaicmaximumpowerpointtrackingsystembasedon柚improvedMPPTalgorithm[J].ElectricDrive,2009,39(6):
32.35.
[4]程启明,程尹曼,汪明媚,等.光伏电池最大功率点的跟踪方法【J】.上海电力学院学报,2009,25(4):
346.352.CHENGQi-ming,CHENGYin-mail,WANGMing-mei,eta1.SurveyonMPPTmethodsofphotovoltaicceils[J].JournalofShanghaiElectricPower,2009,25(4):
346-352.
[5]贾志伟,刘君,于佰健.基于遗传算法的改进二级电压控制的研究【J】.电力系统保护与控制,2009,37(1):
37.43.
JIAZhi-wei,LIUJun,YUBai-jian.Studyontheimproved∞conda哆voltagecontrolbasedongeneticalgorithm[J].PowerSystemProtectionandControl,2009,37(1):
37-43.
[6]唐敏,任奇,夏东伟.基于遗传算法的太阳能电池最大功率点研究[J】.电力电子技术,2008,42(4):
39-40.TANGMin,RENQi,XIADong—wei.Themaximumpowerpointofsolarcellsbasedongeneticalgodthmp].PowerElectronics,2008,42(4):
39-40.
收稿日期l201㈣3—16;
作者简介:
肖俊明(1960-),男,高级工程师,副教授,从事电力电子方向的研究.E・mail:
xjm@zzti.edu.cn
(上接第42页continuedfrompage42)
[10]Klehmet
U,HerpeiT’HielscherKS,eta1.Real-timeguaranteesforCANtramc[C].//VehicularTechnologyConference.2008:
3037.3041.
收稿日期:
2010--01-08:
修回El期I2010-06-01作者简介:
钱美(1974-),男,讲师,硕士,
程:
E-mail:
qianmei2001@hotmail.com
吴正国(1956-),男,教授,本科,
程:
研究方向为电气工研究方向为电气工韩江桂(1976-),女,讲师,硕士,研究方向为机电一
体化.万方数据
基于遗传算法的占空比扰动法在MPPT中的应用研究
作者:
肖俊明,王东云,李燕斌,焦凌云,XIAOJun-ming,WANGDong-yun,LIYan-bin,JIAOLing-yun
作者单位:
肖俊明,王东云,焦凌云,XIAOJun-ming,WANGDong-yun,JIAOLing-yun(中原工学院,河南,郑州,450007,李燕斌,LIYan-bin(中原工学院,河南,郑州,450007;许继电气股份有限公司,河南,许昌,461000
刊名:
电力系统保护与控制
英文刊名:
POWERSYSTEMPROTECTIONANDCONTROL年,卷(期:
2010,38(15被引用次数:
0次
参考文献(6条
1.何薇薇.熊宇.杨金明基于改进MPPT算法的光伏发电最大功率跟踪技术2009(62.程启明.程尹曼.汪明媚.倪仁杰光伏电池最大功率点的跟踪方法2009(43.贾志伟.刘君.于佰健基于遗传算法的改进二级电压控制的研究2009(14.唐敏.任奇.夏东伟基于遗传算法的太阳能电池最大功率点研究2008(45.杨帆.彭宏伟.胡为兵.李国平.姜燕太阳能电池最大功率点跟踪技术探讨2008(46.茆美琴.余世杰.苏建徽带有MPPT功能的光伏阵列Matlab通用仿真模型2005(5
相似文献(10条
1.期刊论文龚春娟.胡雄伟.GongChunjuan.HuXiongwei快速遗传算法优化计算二维光子晶体-半导体学报2006,27(6
采用平面波展开法和快速遗传算法优化设计具有大禁带的二维光子晶体.从随机产生的晶体结构开始,在遗传算法中引入占空比控制算符和傅里叶变换数据备份机制,快速搜索到了具有较大绝对禁带的正方晶格光子晶体,其最大完全禁带的相对宽度值为13.25%,并且制备难度较低.
2.期刊论文二元光栅抗反射特性的耦合波分析-光学技术2006,32(4
基于严格耦合波分析理论和遗传算法,研究了亚波长矩形光栅(即二元光栅的抗反射特性.针对光通信中的1.55μm波长设计了抗反射矩形光栅.探讨了光栅周期、占空比和光栅深度的变化对抗反射特性的影响.给出了光栅的抗反射特性所适用的入射角度及波长范围.当入射角度小于30°,在光纤传输系统中入射光波长为C波段和L波段时,反射效率小于0.4%,有效地减小了光纤传输系统的回波损耗.
3.学位论文华新新一代末敏子弹引战配合系统分析2004
该文首先对末敏子弹引战配合系统从总体上进行了分析,然后着重阐述了几个与引战配合有关的问题:
超前角的设计、子弹倾角的仿真计算、占空比计算、模糊逻辑与遗传算法融合的目标识别方法、毁伤概率的蒙特卡洛计算、运用田口方法优化设计新一代末敏子弹的参数.最后在所作引战配合分析的基础上,编制了引战配合系统仿真分析软件.
4.期刊论文薛诚.石玗.樊丁.陈剑虹.XUECheng.SHIYu.FANDing.CHENJian-hong铝合金脉冲MIG焊过程PID控制器设计与仿真-电焊机2008,38(1
针对铝合金脉冲MIG焊过程,根据建立的占空比与焊接正面熔宽之间动态关系的数学模型,设计了非线性PID控制器和遗传算法优化的PID控制器,并分别对其在焊接过程中占空比对熔池正面熔宽阶跃动态响应的控制效果进行了MATLAB仿真研究.结果表明,非线性PID控制方法具有比遗传算法优化的PID控制方法更好的控制效果.
5.学位论文姜莉光纤光栅写入及其应用研究2005
光纤光栅是利用掺杂光纤的光敏效应,使单模光纤芯区长度上产生折射率的周期性改变而制成的一种新型光纤光子器件。
从第一根光纤光栅写制成功到今天短短二十多年间,光纤光栅无论是写入技术、理论研究还是应用方面都获得了飞速发展。
光纤光栅具有制作在光纤芯区与光纤完全兼容、反射和透射特性优良、附加损耗小、体积小、成本低等优点,并且可以通过灵活改变光栅的一些物理参数而得到所需要的光谱特性,这些物理参数包括:
折射率变化、长度、切趾、啁啾、倾斜以及光栅是否在指定波长支持模式耦合等。
通过对光纤光栅的重构,还可以设计出各种具有不同光谱特性的光纤光栅器件。
本文从理论和实验两方面对光纤光栅的光谱特性、写制方法、应用以及光纤光栅的设计等进行了的研究。
主要内容包括:
1.概括介绍光纤光栅的发展历史、光纤光栅的分类、光纤光栅的理论分析方法、光纤光栅的各种制作技术和光纤光栅的设计方法以及光纤光栅在光纤通信领域和在光纤传感领域的应用。
2.采用耦合模理论分析了均匀周期光纤布喇格光栅和长周期光纤光栅的光谱特性;介绍了传输矩阵法对非均匀光纤光栅的处理;采用三层阶跃光纤模型,对信息产业部46所提供的C598-302(s型光敏光纤的纤芯基模和一阶各次包层模的有效折射率进行了模拟计算;在数值模拟长周期光纤光栅周期和一阶各次包层模谐振波长之间关系曲线的基础上,讨论了长周期光栅周期对光栅温度、应变敏感特性的影响。
3.在“色心模型”的基础上,通过假设,提出了光敏光纤光致折射率增量与曝光量之间的多项e负指数之和变化规律,并分别采用非平衡光纤马赫-曾德尔干涉仪和布喇格波长漂移法进行了实验验证;实验研究了光敏光纤的双折射特性,提出了全光纤马赫-曾德尔干涉仪和光纤环镜测量光敏光纤的归一化光致双折射率的方法,得出归一化双折射率随曝光量的按多项e负指数之和规律变化的结论。
4.提出并实验论证了光纤布喇格光栅和长周期光纤光栅的谐振波长随曝光量之间多项e负指数之和的变化规律,并研究了长周期光纤光栅的谐振波长与振幅模板占空比之间的关系;考察了光纤布喇格光栅反射峰值随曝光量的变化关系;分别采用纵向应力法和利用光敏光纤的光敏性,利用一块相位模板,写制了双波长光纤布喇格光栅;采用二次曝光法对光纤布喇格光纤进行了切趾实验;进行了取样光纤光栅、闪耀光纤光栅的写制,以及布喇格光栅和长周期光栅的重叠写入;进行了级联长周期光纤光栅的数值模拟和实验。
5.给出了光纤光栅的一些应用研究,包括:
利用四个长周期光纤光栅串联,实现了EDFA在35.6nm范围内的增益平坦,平坦度小于±0.6dB;在基于光敏性制作的波长间隔为0.8nm的双波长光纤布喇格光栅的基础上,制作了环形腔双波长光纤激光器和双通道上下载波分复用器。
6.最后,对用于光栅设计的层析法、模拟退火算法和遗传算法的基本原理和步骤分别进行了介绍;采用遗传算法设计了三角形光纤布喇格光栅;采用遗传算法设计了用于EDFA增益平坦的长周期光纤光栅,达到38nm范围内,增益波动小于±0.6dB。
6.期刊论文于相旭.侯振程.叶一麟.YUXiang-xu.HOUZhen-cheng.YEYi-lin三相单开关功率因数校正器的谐波注入法-重庆大学学报(自然科学版)2000,23(6被研究电路简单而实用,工作于固定占空比就能实现功率因数校正,不过这种情况下,输入电流含较多的5、7和11次谐波.往占空比注入6倍次谐波,能显著减小谐波,但确定各谐波的注入量是个难点.采用多种算法(含遗传算法对谐波注入系数进行了优化.经对比可知:
最简单迅速的方法是一维搜索;各次谐波的注入系数和输入电压幅值有关,只注入6次谐波效果还不够理想;此外,所给优化结果是这种电路所能达到的最佳效果.7.学位论文沈世元时间调制天线阵列研究及应用2009随着现代雷达技术的发展,系统对天
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 遗传 算法 扰动 MPPT 中的 应用 研究 概要
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)