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基于改进多元宇宙优化算法的光伏系统最大功率点跟踪

吴忠强 曹碧莲 侯林成 胡晓宇 马博岩

吴忠强, 曹碧莲, 侯林成, 胡晓宇, 马博岩. 基于改进多元宇宙优化算法的光伏系统最大功率点跟踪[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(12): 3735-3742. doi: 10.11999/JEIT200599
引用本文: 吴忠强, 曹碧莲, 侯林成, 胡晓宇, 马博岩. 基于改进多元宇宙优化算法的光伏系统最大功率点跟踪[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(12): 3735-3742. doi: 10.11999/JEIT200599
Zhongqiang WU, Bilian CAO, Lincheng HOU, Xiaoyu HU, Boyan MA. Maximum Power Point Tracking for Photovoltaic System Based on Improved Multi-Verse Optimization[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(12): 3735-3742. doi: 10.11999/JEIT200599
Citation: Zhongqiang WU, Bilian CAO, Lincheng HOU, Xiaoyu HU, Boyan MA. Maximum Power Point Tracking for Photovoltaic System Based on Improved Multi-Verse Optimization[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(12): 3735-3742. doi: 10.11999/JEIT200599

基于改进多元宇宙优化算法的光伏系统最大功率点跟踪

doi: 10.11999/JEIT200599
基金项目: 河北省自然科学基金(F2020203014)
详细信息
    作者简介:

    吴忠强:男,1966年生,教授,博士生导师,主要研究方向为新能源发电系统的状态监测与控制、参数测量与辨识、能量管理与优化等

    曹碧莲:女,1996年生,硕士生,研究方向为光伏系统最大功率点跟踪、故障诊断

    侯林成:男,1995年生,硕士生,研究方向为风力发电非线性控制

    胡晓宇:男,1996年生,硕士生,研究方向为锂电池的联合估计、辨识

    马博岩:男,1995年生,硕士生,研究方向为新能源汽车能量管理

    通讯作者:

    吴忠强 mewzq@163.com

  • 中图分类号: TN911.7; TP301.6

Maximum Power Point Tracking for Photovoltaic System Based on Improved Multi-Verse Optimization

Funds: The Natural Science Foundation of Hebei Province (F2020203014)
  • 摘要: 在局部遮蔽条件下,光伏阵列的功率输出曲线呈现多峰特性,传统控制算法无法持续准确地跟踪最大功率输出点,该文提出一种基于改进多元宇宙优化(MVO)算法跟踪全局最大功率点的方法(IMVO)。引入螺旋更新和自适应压缩因子,增强了算法的全局搜索能力;改变旅行距离率的更新方式,加快了算法的收敛速度,3方面改进有效提高了算法的寻优能力。仿真结果表明:在均匀光照、局部遮蔽和变光照强度3种条件下,改进多元宇宙优化算法均能持续稳定地跟踪最大功率点,在收敛时间和收敛精度上均有较大提高,由此验证了该算法在最大功率点跟踪控制中的可行性。
  • 图  1  光伏电池模型等效电路图

    图  2  光伏系统模型及不同照度下的P-U特性曲线

    图  3  基于IMVO算法的光伏系统MPPT结构图

    图  4  均匀光照下不同算法的系统响应图

    图  5  局部遮蔽不同算法的系统响应图

    图  6  光照强度变化曲线及P-U特性曲线

    图  7  变辐照度下不同算法的系统响应图

    图  8  文献[21]和本文算法电压波形对比

    表  1  系统参数设置

    参数名称参数值
    短路电流3.8 A
    开路电压21.1 V
    最大功率点电流3.5 A
    最大功率点电压17.1 V
    标准辐照度1000 W/m2
    标准温度25 °C
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    表  2  5种算法在各算例下的稳定值和收敛时间统计结果

    算例统计量IMVOMVOPSOINCP&O
    均匀光照
    (143.7)
    收敛时间(s)0.0160.0170.0210.0480.231
    稳定值(W)143.7143.5143.6143.5143..5
    恒定阴影条件
    (120.02)
    收敛时间(s)0.0150.0250.0290.0420.181
    稳定值(W)120.02120.01120.01119.8799.38
    变光照(120.02/
    98.27/124.12)
    收敛时间(s)0.015/0.421/0.8210.025/0.443/0.8210.029/0.451/0.7880.042/0.431/0.7850.181/0.452/0.895
    稳定值(W)120.02/98.27/124.12120.01/97.88/123.65120.01/95.12/120.02119.87/96.55/123.4899.38/70.56/124.01
    下载: 导出CSV
  • [1] 周孝信, 陈树勇, 鲁宗相, 等. 能源转型中我国新一代电力系统的技术特征[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(7): 1893–1904. doi: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.180067

    ZHOU Xiaoxin, CHEN Shuyong, LU Zongxiang, et al. Technology features of the new generation power system in China[J]. Proceedings of the CSEE, 2018, 38(7): 1893–1904. doi: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.180067
    [2] SANGWONGWANICH A, YANG Yongheng, and BLAABJERG F. High-performance constant power generation in grid-connected PV systems[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2016, 31(3): 1822–1825. doi: 10.1109/TPEL.2015.2465151
    [3] 王立舒, 蒋赛加, 王君, 等. 基于混合策略的光伏MPPT算法优化控制[J]. 太阳能学报, 2016, 37(6): 1396–1402. doi: 10.3969/j.issn.0254-0096.2016.06.006

    WANG Lishu, JIANG Saijia, WANG Jun, et al. Optimization control of PV MPPT algorithm based on mixed strategy[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2016, 37(6): 1396–1402. doi: 10.3969/j.issn.0254-0096.2016.06.006
    [4] ZHANG Longlong, HURLEY W G, and WÖLFLE W H. A new approach to achieve maximum power point tracking for PV system with a variable inductor[J]. IEEE Transactions on Power Electronics, 2011, 26(4): 1031–1037. doi: 10.1109/TPEL.2010.2089644
    [5] 张商州, 楚冰清, 袁训锋, 等. 光伏阵列模型分析及最大功率点跟踪研究[J]. 自动化与仪器仪表, 2019(10): 114–116. doi: 10.14016/j.cnki.1001-9227.2019.10.114

    ZHANG Shangzhou, CHU Bingqing, YUAN Xunfeng, et al. Photovoltaic array model analysis and maximum power point tracking study[J]. Automation &Instrumentation, 2019(10): 114–116. doi: 10.14016/j.cnki.1001-9227.2019.10.114
    [6] 蔡小庆, 陈晓芳. 改进型扰动观察法在光伏发电MPPT中的应用[J]. 电子测试, 2019(1): 59–60, 90. doi: 10.3969/j.issn.1000-8519.2019.01.024

    CAI Xiaoqing and CHEN Xiaofang. Application of improved perturbation observation method in MPPT of photovoltaic[J]. Electronic Test, 2019(1): 59–60, 90. doi: 10.3969/j.issn.1000-8519.2019.01.024
    [7] 苏有功, 王大成, 王毅, 等. 基于改进型变步长电导增量法的MPPT控制策略仿真[J]. 自动化技术与应用, 2019, 38(10): 11–15. doi: 10.3969/j.issn.1003-7241.2019.10.003

    SU Yougong, WANG Dacheng, WANG Yi, et al. Simulation of MPPT control strategy based on improved variable step conductance increment method[J]. Techniques of Automation and Applications, 2019, 38(10): 11–15. doi: 10.3969/j.issn.1003-7241.2019.10.003
    [8] 贾林壮, 陈侃, 李国杰, 等. 局部阴影条件下光伏阵列MPPT算法研究[J]. 太阳能学报, 2014, 35(9): 1614–1621. doi: 10.19768/j.cnki.dgjs.2020.04.020

    JIA Linzhuang, CHEN Kan, LI Guojie, et al. The MPPT method research for PV array under partially shaded conditions[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2014, 35(9): 1614–1621. doi: 10.19768/j.cnki.dgjs.2020.04.020
    [9] TESHOME D F, LEE C H, LIN Y W, et al. A modified firefly algorithm for photovoltaic maximum power point tracking control under partial shading[J]. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2017, 5(2): 661–671. doi: 10.1109/JESTPE.2016.2581858
    [10] 聂晓华, 王薇. 混沌改进猫群算法及其在光伏MPPT中的应用[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(22): 6103–6110. doi: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.161022

    NIE Xiaohua and WANG Wei. Chaos improved cat swarm optimization and its application in the PV MPPT[J]. Proceedings of the CSEE, 2016, 36(22): 6103–6110. doi: 10.13334/j.0258-8013.pcsee.161022
    [11] 王雨, 胡仁杰. 基于粒子群优化和爬山法的MPPT算法[J]. 太阳能学报, 2014, 35(1): 149–153. doi: 10.3969/j.issn.0254-0096.2014.01.025

    WANG Yu and HU Renjie. MPPT algorithm based on particle swarm optimization with hill climbing method[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2014, 35(1): 149–153. doi: 10.3969/j.issn.0254-0096.2014.01.025
    [12] 胡克用, 胥芳, 艾青林, 等. 自适应遗传算法在光伏发电系统中的应用[J]. 光子学报, 2016, 45(1): 158–166. doi: 10.3788/gzxb20164501.0135001

    HU Keyong, XU Fang, AI Qinglin, et al. Adaptive genetic algorithm in the application of photovoltaic power generation system[J]. Acta Photonica Sinica, 2016, 45(1): 158–166. doi: 10.3788/gzxb20164501.0135001
    [13] MIRJALILI S, MIRJALILI S M, and HATAMLOU A. Multi-verse optimizer: A nature-inspired algorithm for global optimization[J]. Neural Computing and Applications, 2016, 27(2): 495–513. doi: 10.1007/s00521-015-1870-7
    [14] KUMAR P, GARG S, SINGH A, et al. MVO-based 2-D path planning scheme for providing quality of service in UAV environment[J]. IEEE Internet of Things Journal, 2018, 5(3): 1698–1707. doi: 10.1109/JIOT.2018.2796243
    [15] 刘小龙. 改进多元宇宙算法求解大规模实值优化问题[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(7): 1666–1673. doi: 10.11999/JEIT180751

    LIU Xiaolong. Application of improved multiverse algorithm to large scale optimization problems[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2019, 41(7): 1666–1673. doi: 10.11999/JEIT180751
    [16] LAI Wenhao, ZHOU Mengran, HU Feng, et al. A new DBSCAN parameters determination method based on improved MVO[J]. IEEE Access, 2019, 7: 104085–104095. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2931334
    [17] MIRJALILI S and LEWIS A. The whale optimization algorithm[J]. Advances in Engineering Software, 2016, 95: 51–67. doi: 10.1016/j.advengsoft.2016.01.008
    [18] KIM K A, XU C Y, JIN L, et al. A dynamic photovoltaic model incorporating capacitive and reverse-bias characteristics[J]. IEEE Journal of Photovoltaics, 2013, 3(4): 1334–1341. doi: 10.1109/JPHOTOV.2013.2276483
    [19] 邹德旋, 高立群, 段纳. 用修正的差分进化算法确定光电模型参数[J]. 电子与信息学报, 2014, 36(10): 2521–2525.

    ZOU Dexuan, GAO Liqun, and DUAN Na. Determining the parameters of photovoltaic modules by a modified differential evolution algorithm[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2014, 36(10): 2521–2525.
    [20] 刘宜罡, 邹应全, 张晓强, 等. 基于差分进化的光伏MPPT算法改进[J]. 太阳能学报, 2020, 41(6): 264–271.

    LIU Yigang, ZOU Yingquan, ZHANG Xiaoqiang, et al. An improved photovoltaic MPPT algorithm based on differential evolution algorithm[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2020, 41(6): 264–271.
    [21] 石季英, 张登雨, 薛飞, 等. 基于改进灰狼优化-黄金分割混合算法的光伏阵列MPPT方法[J]. 电力系统及其自动化学报, 2019, 31(5): 21–26. doi: 10.19635/j.cnki.csu-epsa.000020

    SHI Jiying, ZHANG Dengyu, XUE Fei, et al. Maximum power point tracking method for photovoltaic array based on modified hybrid method of grey wolf optimization and golden-section optimization[J]. Proceedings of the CSU-EPSA, 2019, 31(5): 21–26. doi: 10.19635/j.cnki.csu-epsa.000020
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-21
  • 修回日期:  2021-04-02
  • 网络出版日期:  2021-06-11
  • 刊出日期:  2021-12-21

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