留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

复杂遮蔽条件下光伏多峰出力特征及GMPPT控制

陈明轩 武建文 马速良 黄炼

陈明轩, 武建文, 马速良, 等 . 复杂遮蔽条件下光伏多峰出力特征及GMPPT控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(6): 1141-1148. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0478
引用本文: 陈明轩, 武建文, 马速良, 等 . 复杂遮蔽条件下光伏多峰出力特征及GMPPT控制[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(6): 1141-1148. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0478
CHEN Mingxuan, WU Jianwen, MA Suliang, et al. Photovoltaic multi-peak output characteristics and GMPPT control under complex shaded condition[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(6): 1141-1148. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0478(in Chinese)
Citation: CHEN Mingxuan, WU Jianwen, MA Suliang, et al. Photovoltaic multi-peak output characteristics and GMPPT control under complex shaded condition[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(6): 1141-1148. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0478(in Chinese)

复杂遮蔽条件下光伏多峰出力特征及GMPPT控制

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0478
基金项目: 

国家自然科学基金 51377007

高等学校博士学科点专项科研基金 20131102130006

详细信息
    作者简介:

    陈明轩, 男, 博士研究生。主要研究方向:电力电子技术在新能源领域应用、分布式能源系统与控制

    武建文, 男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:电力电子技术、智能电器

    马速良, 男, 博士研究生。主要研究方向:微电网群控制、电力电子变换器建模及非线性控制、储能技术及控制

    黄炼, 男, 硕士研究生。主要研究方向:新能源接入、分布式能源系统与控制、电力电子技术

    通讯作者:

    武建文, E-mail:wujianwen@vip.sina.com

  • 中图分类号: TM615

Photovoltaic multi-peak output characteristics and GMPPT control under complex shaded condition

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51377007

Specialized Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education of China 20131102130006

More Information
  • 摘要:

    针对光伏发电系统中最大功率点跟踪(MPPT)算法在遮蔽情况下失效问题,提出了一种基于δ势阱的量子粒子群全局MPPT(GMPPT)算法。结合光照强度变化时的光伏多峰值出力特征,从光伏最大功率点变迁角度出发,分析常规MPPT算法存在搜索盲区的原因,说明GMPPT寻优必要性。提出一种提高粒子多样性、搜索速度及收敛精度的量子行为粒子群优化(QPSO)算法。在MATLAB/SIMSCAPE平台下,结合算例分析,对比标准粒子群优化(PSO)算法,验证所提优化算法在有效GMPPT的情况下,具有参数少、搜索快的特点,同时全局搜索能力强,防早熟效果明显,适用于GMPPT的实现。

     

  • 图 1  光伏阵列结构

    Figure 1.  Structure of photovoltaic array

    图 2  Boost电路原理

    Figure 2.  Principle of Boost circuit

    图 3  不同光照条件下,光伏输出U-IU-P曲线

    Figure 3.  Photovoltaic output U-I and U-P curves under different illumination conditions

    图 4  基于δ势阱的QPSO算法流程图

    Figure 4.  Flowchart of QPSO algorithm based on δ-potential well

    图 5  标准PSO和QPSO算法在遮蔽1下的搜索轨迹对比

    Figure 5.  Comparison of search trajectories between standard PSO and QPSO algorithms under shaded 1

    图 6  QPSO和标准PSO算法在遮蔽1下的搜索结果对比

    Figure 6.  Comparison of search results between QPSO and standard PSO algorithms under shaded 1

    图 7  QPSO和标准PSO算法在遮蔽1下的全局最优值曲线对比

    Figure 7.  Comparison of global optimum curves between QPSO and standard PSO algorithms under shaded 1

    图 8  QPSO和标准PSO算法GMPPT效果图

    Figure 8.  Effect pictures of GMPPT by QPSO and standard PSO algorithms

    表  1  不同工况下光照强度

    Table  1.   Illumination intensity under different conditions

    光照模式 光照强度/(W·m-2)
    标准光照 遮蔽1 遮蔽2
    G11 1 000 1 000 1 000
    G12 1 000 1 000 1 000
    G21 1 000 500 800
    G22 1 000 300 500
    G31 1 000 200 200
    G32 1 000 200 200
    下载: 导出CSV

    表  2  单块光伏电池板参数

    Table  2.   Parameters of single photovoltaic cell panel

    参数 数值
    Uoc/V 37.67
    Isc/A 8.81
    Pm/W 254.9
    Um/V 31.8
    Im/A 8.18
    下载: 导出CSV

    表  3  Boost电路及算法参数

    Table  3.   Boost circuit and algorithm parameters

    参数 数值
    负载电阻R 200
    粒子数N 5
    迭代次数Gmax 20
    收缩-扩张系数β 1.2
    自变量范围[Dmin, Dmax] [0, 1]
    下载: 导出CSV

    表  4  收敛准确率σ对照

    Table  4.   Comparison of convergence accuracy rate σ

    算法 σ/%
    标准光照 遮蔽1 遮蔽2
    QPSO 100 95 100
    标准PSO 100 80 90
    下载: 导出CSV
  • [1] 王成山, 王守相.分布式发电供能系统若干问题研究[J].电力系统自动化, 2008, 32(20):1-4. doi: 10.3321/j.issn:1000-1026.2008.20.001

    WANG C S, WANG S X.Study on some key problem related to distributed generation systems[J].Automation of Electric Power Systems, 2008, 32(20):1-4(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-1026.2008.20.001
    [2] 雷金勇, 谢俊, 甘德强.分布式发电供能系统能量优化及节能减排效益分析[J].电力系统自动化, 2009, 33(23):29-36. doi: 10.7500/AEPS200906182

    LEI J Y, XIE J, GAN D Q.Optimization of distributed energy system and benefit analysis of energy saving and emission reduction[J].Automation of Electric Power Systems, 2009, 33(23):29-36(in Chinese). doi: 10.7500/AEPS200906182
    [3] 钱科军, 袁越, 石晓丹, 等.分布式发电的环境效益分析[J].中国电机工程学报, 2008, 28(29):11-15. doi: 10.3321/j.issn:0258-8013.2008.29.003

    QIAN K J, YUAN Y, SHI X D, et al.Environmental benefits analysis of distributed generation[J].Proceedings of the CSEE, 2008, 28(29):11-15(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:0258-8013.2008.29.003
    [4] 王丰, 吴新科, LEE F C.嵌入式智能光伏模块的最大功率输出统一控制[J].中国电机工程学报, 2013, 33(21):81-89. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201321010.htm

    WANG F, WU X K, LEE F C.Application of unified output MPPT control in DMPPT PV systems[J].Proceedings of the CSEE, 2013, 33(21):81-89(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201321010.htm
    [5] 刘晓艳, 祁新梅, 郑寿森, 等.局部阴影条件下光伏阵列的建模与分析[J].电网技术, 2010, 34(11):192-197. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10422-1012463921.htm

    LIU X Y, QI X M, ZHENG S S, et al.Model and analysis of photovoltaic array under partial shading[J].Power System Technology, 2010, 34(11):192-197(in Chinese). http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10422-1012463921.htm
    [6] 吴春华, 周笛青, 李智华, 等.光伏组件热斑诊断及模糊优化控制方法[J].中国电机工程学报, 2013, 33(36):50-61. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201336007.htm

    WU C H, ZHOU D Q, LI Z H, et al.Hot spot detection and fuzzy optimization control method of PV module[J].Proceedings of the CSEE, 2013, 33(36):50-61(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201336007.htm
    [7] 张忠政, 程晓舫.太阳电池最大功率恒压跟踪研究[J].中国电机工程学报, 2014, 34(26):4521-4527. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201426011.htm

    ZHANG Z Z, CHENG X F.Constant voltage tracking research adopted in solar cell maximum power[J].Proceedings of the CSEE, 2014, 34(26):4521-4527(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201426011.htm
    [8] 戚军, 张晓峰, 张有兵, 等.考虑阴影影响的光伏阵列仿真算法研究[J].中国电机工程学报, 2012, 32(32):131-138. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201232020.htm

    QI J, ZHANG X F, ZHANG Y B, et al.Study on simulation algorithm of PV array considering shade effect[J].Proceedings of the CSEE, 2012, 32(32):131-138(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201232020.htm
    [9] AHMED J, SALAMN Z.A critical evaluation on maximum power point tracking methods for partial shading in PV systems[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2015, 47:933-953. doi: 10.1016/j.rser.2015.03.080
    [10] 孙黎霞, 李云峰, 郑丹丹, 等.局部阴影下光伏阵列非机理建模[J].电网技术, 2015, 39(5):1186-1191. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DWJS201505003.htm

    SUN L X, LI Y F, ZHENG D D, et al.Non-mechanism modeling of photovoltaic array under partial shade[J].Power System Technology, 2015, 39(5):1186-1191(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DWJS201505003.htm
    [11] RIZZO S A, SCELLBA G.ANN based MPPT method for rapidly variable shading conditions[J].Applied Energy, 2015, 145:124-132. doi: 10.1016/j.apenergy.2015.01.077
    [12] 王丰, 孔鹏举, LEE F C, 等.基于分布式最大功率跟踪的光伏系统输出特性分析[J].电工技术学报, 2015, 30(24):127-134. doi: 10.3969/j.issn.1000-6753.2015.24.017

    WANG F, KONG P J, LEE F C, et al.Output characteristic analysis of distributed maximum power point tracking PV system[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(24):127-134(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1000-6753.2015.24.017
    [13] 李善寿, 张兴, 张鸿恺, 等.基于功率闭环控制与PSO算法的全局MPPT方法[J].中国电机工程学报, 2014, 34(28):4809-4816. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201428009.htm

    LI S S, ZHANG X, ZHANG H K, et al.Global MPPT method based on power closed-loop control and PSO algorithm[J].Proceedings of the CSEE, 2014, 34(28):4809-4816(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201428009.htm
    [14] 张永革, 石季英, 张文, 等.复杂遮阴条件下光伏系统MPPT控制改进PSO算法仿真研究[J].中国电机工程学报, 2014, 34(S1):39-46. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC2014S1006.htm

    ZHANG Y G, SHI J Y, ZHANG W, et al.Research of improved PSO in MPPT control of PV systems under complex shading condition[J].Proceedings of the CSEE, 2014, 34(S1):39-46(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC2014S1006.htm
    [15] 祝青, 张兴, 李善寿, 等.一种基于功率闭环的动态多峰值最大功率点跟踪算法研究与测试[J].中国电机工程学报, 2016, 36(5):1218-1227. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201605006.htm

    ZHU Q, ZHANG X, LI S S, et al.Researches and tests of a dynamic multi-peak maximum power point tracking algorithm based on power loop[J].Proceedings of the CSEE, 2016, 36(5):1218-1227(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201605006.htm
    [16] 唐磊, 曾成碧, 苗虹, 等.基于蒙特卡洛的光伏多峰最大功率跟踪控制[J].电工技术学报, 2015, 30(1):170-176. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DGJS201501022.htm

    TANG L, ZENG C B, MIAO H, et al.A novel maximum power point tracking scheme for PV systems under partially shaded conditions based on Monte Carlo algorithm[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2015, 30(1):170-176(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DGJS201501022.htm
    [17] 张明锐, 蒋利明, 孙华, 等.基于免疫细菌觅食算法的大容量光伏阵列GMPPT算法[J].中国电机工程学报, 2016, 36(1):104-111. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201601014.htm

    ZHANG M R, JIANG L M, SUN H, et al.Large-capacity photovoltaic array's GMPPT technology based on the immune bacterial foraging optimization algorithm[J].Proceedings of the CSEE, 2016, 36(1):104-111(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201601014.htm
    [18] 田琦, 赵争鸣, 邓夷, 等.光伏电池反向模型仿真分析及实验研究[J].中国电机工程学报, 2011, 31(23):121-128. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201123018.htm

    TIAN Q, ZHAO Z M, DENG Y, et al.Simulation and experimental study about reverse model of photovoltaic cells[J].Proceedings of the CSEE, 2011, 31(23):121-128(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGDC201123018.htm
    [19] BALATO M, VITELLI M.A hybrid MPPT technique based on the fast estimate of the maximum power voltages in PV applications[C]//2013 8th International Conference and Exhibition on Ecological Vehicles and Renewable Energies (EVER).Piscataway, NJ:IEEE Press, 2013:1-7.
    [20] SUN J, FENG B, XU W B.Particle swam optimization with particles having quantum behavior[C]//Congress on Evolutionary Computation, 2004.Piscataway, NJ:IEEE Press, 2004:325-331.
  • 加载中
图(8) / 表(4)
计量
  • 文章访问数:  809
  • HTML全文浏览量:  110
  • PDF下载量:  444
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-03
  • 录用日期:  2016-09-21
  • 网络出版日期:  2017-06-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答