基于蜜獾算法的多极值光伏发电最大功率点跟踪方法

技术领域

本发明属于光伏发电控制技术领域，具体涉及一种基于蜜獾算法的多极值光伏发电最大功率点跟踪方法。

背景技术

随着科技进步和产业升级，当今社会对能源的需求日益增大。在双碳和节能减排的大背景下，绿色环保的需求限制了传统发电方式的进一步发展。太阳能是当今地球上储量最丰富的可再生能源之一，光伏发电以其绿色环保环境友好、维护成本低、无需燃料、没有运动部件、便于安装和分布式部署、储量丰富等特点得到了迅速发展，成为了各领域的研究热点并在各个国家得到了大规模应用。

光伏电池的输出具有较强的非线性特征，其P-V、I-V曲线都存在最大功率点，且受光照强度和温度影响。在不同的环境条件下，其最大功率点位置不同，会随环境实时变化。在均匀光照和同一温度条件下，光伏电池输出特性曲线表现为单峰值；在非均匀光照和温度条件下，其输出特性曲线会表现为多峰值。

为了实现光伏电池组串最大功率输出，一般在其后经DC/DC变换器连接到负载或直流母线，通过调整DC/DC变换器占空比，改变光伏电池组串外电路的等效电阻来实现最大功率点跟踪(MPPT)。

传统算法如扰动观察法和电导增量法等在局部遮阴的情况下无法跟踪到全局最大功率点，模型法大多需要预知串联光伏电池的数量且依赖于所用模型的精确程度，神经网络法对不同规格的光伏电池需要训练不同的网络，实用性和通用性略差。[葛强,孙涛,等.基于滑模变结构-全局比较复合算法的光伏MPPT控制系统[P].江苏省：CN116991195A,2023-11-03.]，该专利中提出了一种基于滑模变结构-全局比较复合算法的光伏MPPT控制系统，该方法实现复杂，且需要额外的温度和光照传感器以实现MPPT，这在工程应用中会增加额外的成本，其实验效果也十分依赖所用模型的精确程度。[徐恒山,赵铭洋,等.一种基于改进蜉蝣算法的光伏MPPT控制方法[P].湖北省：CN116880650A,2023-10-13.]，该专利采用改进蜉蝣算法以实现光伏MPPT控制，该方法在局部遮阴的工况下仍需要较多的扰动步数，跟踪时间较短部分是由于MPPT周期很短，工程应用中的处理器运算能力有限，实际硬件无法支持太低的MPPT周期，进一步降低扰动步数实用性更强。[章文峰,吴桐,等.一种基于改进灰狼优化算法的MPPT方法[P].四川省：CN116845953A,2023-10-03.]，该专利给出了一种基于改进灰狼优化算法的MPPT方法，也具有较多的扰动步数，且其功率波动更大，不利于实际应用。

发明内容

针对现有MPPT技术中存在的缺陷，本发明的目的是在局部遮阴的工况下以尽可能快的速度和尽可能高的精度跟踪全局最大功率点，并能够根据环境变化自适应调整工作点，从而提高光伏能量的利用效率。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种基于蜜獾算法(HBA)的多极值光伏发电最大功率点跟踪方法，包括以下步骤：

(1)初始化粒子个数N、各个体占空比[d

(2)采样当前光伏电池输出的电压和电流值，计算当前功率；

(3)判断是否已经找到全局最大功率点；

(4)若步骤(3)未找到全局最大功率点，则更新各个体蜂蜜吸引度[I

(5)若步骤(3)已找到全局最大功率点，则稳定在全局最大功率点所对应的占空比d

(6)若步骤(5)产生新的最大功率点，则将各个体占空比d

进一步，步骤(1)中第i个体的占空比d

式中，0≤i

进一步，所述步骤(3)中，根据Δd

式中，Δd

更进一步，步骤(4)所述的第i个体的蜂蜜吸引度I

当r

d

当r

d

式中，γ为一常数，其默认值为0.2，d

更进一步，步骤(5)中当目前功率P

t

式中，P

本发明面向由光伏电池组串，DC/DC变换器以及负载组成的光伏发电系统，通过引入蜜獾优化算法以解决光伏电池板局部遮阴工况下的最大功率点跟踪问题，利用光伏电池组串整体的输出电压、电流实时计算当前功率，通过挖掘和跟踪寻找全局最大功率点。同时给出了环境变化的判定依据，当外界环境发生变化时，该方法同样能够自适应的跟踪到新的全局最大功率点，且稳定之后没有功率波动。采用本发明所述的方法，仅需采集光伏组串整体的输出电压、电流即可找到全局最大功率点，无需其他任何信息，不依赖模型，在功率和电压等级匹配的情况下对不同参数的光伏组串都适用，通用性强，针对静态环境工况和动态环境工况均具备良好的动态响应和稳态性能。

附图说明

图1多光伏板串联光伏发电系统结构示意图；

图2局部遮阴环境条件1下光伏组串的输出功率-电压曲线；

图3局部遮阴环境条件2下光伏组串的输出功率-电压曲线；

图4基于蜜獾算法的多极值光伏发电最大功率点跟踪方法流程图；

图5环境条件1下基于HBA的多极值光伏最大功率点跟踪过程；

图6环境条件2下基于HBA的多极值光伏最大功率点跟踪过程；

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

多光伏板串联光伏发电系统的结构如图1所示，光伏板串联个数为3，由上到下编号分别为①②③，实验中用三个型号为DC176302的卫星帆板电源阵列模拟器代替，设置环境条件1、环境条件2两种局部遮阴工况，其参数分别如表1、表2所示。串联的三块光伏板，在环境条件1下整体输出的功率-电压曲线如图2所示，全局最大功率点为169.25W；在环境条件2下整体输出的功率-电压曲线如图3所示，全局最大功率点为104W。DC/DC变换器选择同步整流结构以降低变换器损耗，两个开关管互补导通。MPPT控制器选择TMS320F28335。直流母线电压设置为150V。

表1环境条件1下的光伏电池参数

表2环境条件2下的光伏电池参数

基于蜜獾算法的多极值光伏发电最大功率点跟踪方法流程如图4所示。

由步骤(1)，初始化粒子个数N＝4，占空比上下限d

由步骤(2)，采集当前光伏电池组串整体输出的电压和电流值，计算当前功率，记录当前时刻和上一时刻的功率。

由步骤(3)，根据Δd

由步骤(4)，若算法标志位mode为1，正在进行最大功率点跟踪，且在应该进行占空比扰动的中断时间内，即

则将各个体占空比d

然后更新各个体蜂蜜吸引度I

当r

d

当r

d

式中，γ为一常数，取0.2，d

由步骤(5)，若算法标志位mode为0，已找到全局最大功率点，则当前占空比即为全局最大功率点所对应的占空比d

|ΔP|

t

式中，P

由步骤(6)，若步骤(5)中产生新的最大功率点，则将各个体占空比d

环境条件1下基于HBA的多极值光伏最大功率点跟踪过程如图5所示，全局最大功率点为169.25W，本发明方法找到的全局最大功率点功率为166.8W，电压83V，电流2.01A，跟踪效率98.6％；跟踪时间为2s，1个MPPT周期为0.2s，共用10个MPPT周期。在环境条件2下整体输出的功率-电压曲线如图6所示，全局最大功率点功率为104W，本发明方法找到的全局最大功率点为102W，电压39V，电流2.62A，跟踪效率98.1％；跟踪时间为2.4s，1个MPPT周期为0.2s，共用12个MPPT周期。

实验结果证明本发明所使用的方法在光伏组串局部遮阴的环境条件下可以快速跟踪到全局最大功率点，具备良好的跟踪精度和跟踪速度。

本发明可以用其它具体形式来实施，而不脱离其精神或本质特征。所描述的实施例在所有方面都被认为仅是说明性的而非限制性的，例如：

1)所选用的DC-DC变换器结构；

2)占空比、蜂蜜吸引度更新公式中常数的取值；

3)实验中光伏组串各项参数的选择及环境变化时光伏工作点的位置等。

因此，本发明的范围由所附权利要求书而非上述描述来指示。落入权利要求的等效技术方案的意义和范围中的所有变化都包含在其范围之中。