阅读说明：本技术 一种光伏发电系统的最大功率提取方法和相关装置 (maximum power extraction method of photovoltaic power generation system and related device ) 是由 邓静 王钦若 成润婷 龚韬 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种光伏发电系统的最大功率提取方法和相关装置,方法包括：选取数值各不相同的粒子组成初始种群,对初始种群中的粒子进行第一预置次数的位置更新,计算每次位置更新后各粒子位于当前位置时的适应度值,并判断当前次位置更新时适应度值最大的粒子相较前一次位置更新位置分布是否发生变化,若是,则选取预置数量的适应度值最大的粒子组成新种群,并在判断到新种群中的粒子满足第一收敛条件时,对新种群中的粒子进行第二预置次数的位置更新,计算每次位置更新后的各粒子位于当前位置时的适应度值和新种群中的粒子是否满足第二收敛条件；当满足第二收敛条件时,根据当前次位置更新的新种群中粒子的适应度值确定光伏发电系统的最大功率。(the application discloses a maximum power extraction method and a related device of a photovoltaic power generation system, wherein the method comprises the following steps: selecting particles with different values to form an initial population, carrying out position updating on the particles in the initial population for a first preset number of times, calculating the fitness value of each particle when the particle is located at the current position after each position updating, judging whether the distribution of the particle with the maximum fitness value is changed compared with the position updated at the previous time when the current position is updated, if so, selecting the particles with the maximum fitness value in a preset number to form a new population, carrying out position updating on the particles in the new population for a second preset number of times when the particles in the new population are judged to meet a first convergence condition, and calculating the fitness value of each particle when the particle is located at the current position after each position updating and whether the particles in the new population meet a second convergence condition; and when the second convergence condition is met, determining the maximum power of the photovoltaic power generation system according to the fitness value of the particles in the new population updated at the current position.)

一种光伏发电系统的最大功率提取方法和相关装置

技术领域

本申请涉及光伏发电技术领域，尤其涉及一种光伏发电系统的最大功率提取方法和相关装置。

背景技术

随着能源需求的不断增长和环境问题的日益关注，对可再生能源的利用得到了人们的广泛关注。

光伏发电作为一种可再生能源技术，具有无燃料成本，低维护要求和环境友好性等特点，近年来发展迅速。其原理是利用PV模块的电源电压(P-V)产生最大功率点曲线。PV模块产生的功率取决于太阳辐射和面板温度，这些量随时间变化，故开发了功率跟踪方法以实时从PV模块提取最大功率。然而现有的功率跟踪方法存在容易陷入局部最优的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种光伏发电系统的最大功率提取方法和相关装置，解决了对现有的光伏发电系统进行最大功率计算时容易陷入局部最优的技术问题。

本申请第一方面提供了一种光伏发电系统的最大功率提取方法，包括：

S1、选取数值各不相同的粒子组成初始种群，所述粒子为PV模块中输出电压的占空比；

S2、根据第一预置运动公式组对所述初始种群中的粒子进行第一预置次数的位置更新，计算每次位置更新后各粒子位于当前位置时的适应度值，并判断当前次位置更新时适应度值最大的粒子相较前一次位置更新位置分布是否发生变化，若是，则执行步骤S3，所述适应度值为光伏电池阵列的输出功率；

S3、选取预置数量的适应度值最大的粒子组成新种群，并在判断到所述新种群中的粒子满足第一收敛条件时，执行步骤S4；

S4、根据第二预置运动公式对新种群中的粒子进行第二预置次数的位置更新，计算每次位置更新后的各粒子位于当前位置时的适应度值和所述新种群中的粒子是否满足第二收敛条件；

S5、当判断到所述新种群中的粒子满足第二收敛条件时，根据当前次位置更新时的新种群中的粒子的适应度值确定所述光伏发电系统的最大功率。

可选地，所述第一预置运动公式组具体包括：

其中，x_i为当前次位置更新时要位置更新的粒子，x_q为初始种群nest中的任意粒子，k为粒子飞行系数，t+1为后一次位置更新的对应的次数，t为当前次位置更新对应的次数，x_best为新种群当前次位置更新时适应度值最大的粒子，u、v为正太分布曲线，β＝1.5，k_i为粒子x_i的飞行系数，为更新t+1次的x_i，为更新t次的x_i；

则所述根据第一预置运动公式组对所述初始种群中的粒子进行一次位置更新具体包括：

利用公式对初始种群中预置数量的适应度值最大的粒子进行位置更新，其余的粒子根据公式进行位置更新。

可选地，所述第一收敛条件具体包括：新种群中的所有粒子都小于速度阈值或所述初始种群的当前次位置更新次数等于所述第一预置次数。

可选地，所述预置数量包括3个；

则所述第二预置公式具体包括：

其中，x_a、x_b、x_c分别为新种群中的粒子，t+1为后一次位置更新的对应的次数，t为当前次位置更新对应的次数，为新种群当前次位置更新时适应度值最大的粒子，为更新t次的xa，为更新t次的x_a，为更新t+1次的x_b，为更新t次的x_b，为更新t+1次的x_c，为更新t次的x_c，k为粒子飞行系数。

可选地，所述第二收敛条件具体包括：新种群中的所有粒子两两之间的距离都小于距离阈值或新种群当前次位置更新次数等于所述第二预置次数。

可选地，所述在判断到所述新种群中的粒子满足第一收敛条件时，执行步骤S4具体包括：

在判断到所述新种群中的粒子满足第一收敛条件时，执行步骤S4；

在判断到所述新种群中的粒子不满足第一收敛条件时，返回步骤S2。

可选地，步骤S1中各粒子的数值位于预置范围内，所述预置范围为[0.05，0.95]。

本申请第二方面提供了一种光伏发电系统的最大功率提取装置，包括：

第一选取单元，用于选取数值各不相同的粒子组成初始种群，所述粒子为PV模块中输出电压的占空比；

第一更新单元，用于根据第一预置运动公式组对所述初始种群中的粒子进行第一预置次数的位置更新，计算每次位置更新后各粒子位于当前位置时的适应度值，并判断当前次位置更新时适应度值最大的粒子相较前一次位置更新位置分布是否发生变化，若是，则触发第二选取单元，所述适应度值为光伏电池阵列的输出功率；

第二选取单元，用于选取预置数量的适应度值最大的粒子组成新种群，并在判断到所述新种群中的粒子满足第一收敛条件时，触发第二更新单元；

第二更新单元，用于根据第二预置运动公式对新种群中的粒子进行第二预置次数的位置更新，计算每次位置更新后的各粒子位于当前位置时的适应度值和所述新种群中的粒子是否满足第二收敛条件；

计算单元，用于当判断到所述新种群中的粒子满足第二收敛条件时，根据当前次位置更新时的新种群中的粒子的适应度值确定所述光伏发电系统的最大功率。

本申请第三方面提供了一种光伏发电系统的最大功率提取设备，包括：处理器以及存储器；

所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；

所述处理器用于根据所述程序代码的指令执行第一方面所述的光伏发电系统的最大功率提取方法。

本申请第四方面提供了一种存储介质，所述存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的光伏发电系统的最大功率提取方法。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供了一种光伏发电系统的最大功率提取方法，包括：S1、选取数值各不相同的粒子组成初始种群，粒子为PV模块中输出电压的占空比；S2、根据第一预置运动公式组对初始种群中的粒子进行第一预置次数的位置更新，计算每次位置更新后各粒子位于当前位置时的适应度值，并判断当前次位置更新时适应度值最大的粒子相较前一次位置更新位置分布是否发生变化，若是，则执行步骤S3，适应度值为光伏电池阵列的输出功率；S3、选取预置数量的适应度值最大的粒子组成新种群，并在判断到新种群中的粒子满足第一收敛条件时，执行步骤S4；S4、根据第二预置运动公式对新种群中的粒子进行第二预置次数的位置更新，计算每次位置更新后的各粒子位于当前位置时的适应度值和新种群中的粒子是否满足第二收敛条件；S5、当判断到新种群中的粒子满足第二收敛条件时，根据当前次位置更新时的新种群中的粒子的适应度值确定光伏发电系统的最大功率。

本申请中，通过PV模块中不同数值的输出电压占空比组成初始种群，然后分阶段、分模块判断是否满足第一收敛条件和第二收敛条件后，得到光伏发电系统的最大功率，减少了容易陷入局部最优的现象发生，从而解决了对现有的光伏发电系统进行最大功率计算时容易陷入局部最优的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中一种光伏发电系统的最大功率提取方法的实施例一的流程示意图；

图2为本申请实施例中一种光伏发电系统的最大功率提取方法的实施例二的流程示意图；

图3为本申请实施例一种光伏发电系统的最大功率提取装置的实施例的结构示意图；

图4为本申请实施例中光伏发电系统的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种光伏发电系统的最大功率提取方法和相关装置，解决了对现有的光伏发电系统进行最大功率计算时容易陷入局部最优的技术问题。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为了便于理解，首先对光伏发电系统进行说明，如图4所示，光伏发电系统包括：PV模块、DC\DC或DC\AC变换器、负载和MPPT控制模块，其中MPPT控制模块通过产生PV模块输出电压的占空比D来控制变换器，从而达到提取到PV模块最大功率的目的。

以上是对光伏发电系统的说明，以下对最大功率的提取进行详细说明，请参阅图1，本申请实施例中一种光伏发电系统的最大功率提取方法的实施例一的流程示意图，包括：

步骤101、选取数值各不相同的粒子组成初始种群，粒子为PV模块中输出电压的占空比。

需要说明的是，本实施例中在对PV模块的最大功率进行提取时，首先选取数值各不相同的粒子组成初始种群，粒子为PV模块中输出电压的占空比。

步骤102、根据第一预置运动公式组对初始种群中的粒子进行第一预置次数的位置更新，计算每次位置更新后各粒子位于当前位置时的适应度值，并判断当前次位置更新时适应度值最大的粒子相较前一次位置更新位置分布是否发生变化，若是，则执行步骤103，适应度值为光伏电池阵列的输出功率。

需要说明的是，在得到初始种群(相当于一个模块)后，根据第一预置运动公式组对初始种群中的粒子进行位置更新(可以看作是第一阶段)，为了防止粒子不收敛或收敛过慢而设置最大迭代次数来终止流程。

在每一次位置更新后，粒子的位置可能会发生改变，计算粒子处于当前位置(即本次更新后的位置)的适应度值，然后判断本次位置更新后适应度值最大的粒子相较于上一次迭代中的适应度值最大的粒子，分布是否发生了变化，若是，则将初始种群中的粒子重新分群。

输出功率P可以根据公式P＝I_pv*V_pv计算，其中I_pv和V_pv分别为PV模块的输出电流和输出电压。

步骤103、选取预置数量的适应度值最大的粒子组成新种群，并在判断到新种群中的粒子满足第一收敛条件时，执行步骤104。

需要说明的是，预置数量的大小可以根据需要进行设置，可以是2个、4个、6个、9个等，本实施例中不做具体限定。

新种群相当于根据初始种群得到的另一个模块，新种群中的粒子满足第一收敛条件，即说明初始种群中位置在第一预置次数的更新中达到了最优，可以将新种群输入至下一阶段。

步骤104、根据第二预置运动公式对新种群中的粒子进行第二预置次数的位置更新，计算每次位置更新后的各粒子位于当前位置时的适应度值和新种群中的粒子是否满足第二收敛条件。

需要说明的是，第二预置次数的位置更新认为是第二阶段的更新，故本实施例中在第二阶段中，根据第二预置运动公式对新种群中的粒子进行第二预置次数的位置更新。对于适应度值的计算与第一阶段的适应度值的计算相同，具体可以参见上述描述，在此不再赘述。

步骤105、当判断到新种群中的粒子满足第二收敛条件时，根据当前次位置更新时的新种群中的粒子的适应度值确定光伏发电系统的最大功率。

需要说明的是，当判断到新种群中的粒子满足第二收敛条件，此时的新种群中的粒子中的适应度值约为同一个值，将该值作为光伏发电系统的最大功率。

可以理解的是，此时的新种群中的粒子中的适应度值约为同一个值，也就说明适应度值之间偏差不大，此时也可以将其中任一适应度值作为光伏发电系统的最大功率。

本实施例中，通过PV模块中不同数值的输出电压占空比组成初始种群，然后分阶段、分模块判断是否满足第一收敛条件和第二收敛条件后，得到光伏发电系统的最大功率，减少了容易陷入局部最优的现象发生，从而解决了对现有的光伏发电系统进行最大功率计算时容易陷入局部最优的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种光伏发电系统的最大功率提取方法的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种光伏发电系统的最大功率提取方法的实施例二。

请参阅图2，本申请实施例中一种光伏发电系统的最大功率提取方法的实施例二的流程示意图，具体包括：

步骤201、选取位于预置范围内且数值各不相同的粒子组成初始种群，粒子为PV模块中输出电压的占空比。

需要说明的是，本实施例中预置范围可以是：[0.05，0.95]，当然可以理解的是，预置范围也可以是其他的数值范围，本领域技术人员可以根据需要进行设置，本实施例中在此不再一一举例说明。

步骤202、利用公式对初始种群中预置数量的适应度值最大的粒子进行位置更新，其余的粒子根据公式进行位置更新。

其中，x_i为当前次位置更新时要位置更新的粒子，x_q为初始种群nest中的任意粒子，k为粒子飞行系数，t+1为后一次位置更新的对应的次数，t为当前次位置更新对应的次数，x_best为新种群当前次位置更新时适应度值最大的粒子，u、v为正太分布曲线，β＝1.5，k_i为粒子x_i的飞行系数，为更新t+1次的x_i，为更新t次的x_i。

需要说明的是，步骤203中描述的其余的粒子为初始种群中除预置数量的粒子意外的其他粒子。

本实施例中的预置数量为3个，当然也可以是其他的数值，本领域技术人员可以根据需要进行设置，本实施例中在此不再一一举例说明。

步骤203、计算每次位置更新后各粒子位于当前位置时的适应度值，适应度值为光伏电池阵列的输出功率。

需要说明的是，输出功率的计算与实施例一中步骤102的输出功率的计算相同，可以参见实施例一中步骤102的描述，在此不再赘述。

步骤204、判断当前次位置更新时适应度值最大的粒子相较前一次位置更新位置分布是否发生变化，若是，则执行步骤205。

步骤205、选取预置数量的适应度值最大的粒子组成新种群。

步骤206、判断新种群中的粒子是否满足第一收敛条件，若是执行步骤207，若否则返回步骤202。

需要说每明的是，第一收敛条件具体包括：新种群中的所有粒子都小于速度阈值或初始种群的当前次位置更新次数等于第一预置次数。

步骤207、根据第二预置运动公式对新种群中的粒子进行第二预置次数的位置更新。

需要说明的是，第二预置公式具体包括：

其中，x_a、x_b、x_c分别为新种群中的粒子，t+1为后一次位置更新的对应的次数，t为当前次位置更新对应的次数，为新种群当前次位置更新时适应度值最大的粒子，为更新t次的xa，为更新t次的x_a，为更新t+1次的x_b，为更新t次的x_b，为更新t+1次的x_c，为更新t次的x_c，k为粒子飞行系数。

步骤208、计算每次位置更新后的各粒子位于当前位置时的适应度值。

步骤209、判断每次位置更新后的新种群中的粒子是否满足第二收敛条件，若是则执行步骤210。

需要说明的是，第二收敛条件具体包括：新种群中的所有粒子两两之间的距离都小于距离阈值，或新种群当前次位置更新次数等于第二预置次数。

可以理解的是，当判断每次位置更新后的新种群中的粒子不满足第二收敛条件时，返回步骤207继续进行第二阶段中的位置更新。

步骤210、根据当前次位置更新时的新种群中的粒子的适应度值确定光伏发电系统的最大功率。

需要说明的是，为了确保光伏发电系统的输出功率能够适应当前环境，本实施例中，还实时判断最大功率的变化率，若变化率大于一个变化率阈值，则返回步骤201，重新开始寻优。可以理解的是，变化率阈值可以根据需要进行设置，例如5％，9％，20％等，在此不做具体限定。

本实施例中，通过PV模块中不同数值的输出电压占空比组成初始种群，然后分阶段、分模块判断是否满足第一收敛条件和第二收敛条件后，得到光伏发电系统的最大功率，减少了容易陷入局部最优的现象发生，从而解决了对现有的光伏发电系统进行最大功率计算时容易陷入局部最优的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种光伏发电系统的最大功率提取方法的实施例二，以下为本申请实施例提供的一种无人机控制器的实施例。

请参阅图3，本申请实施例中一种光伏发电系统的最大功率提取装置的实施例的结构示意图，具体包括：

第一选取单元301，用于选取数值各不相同的粒子组成初始种群，粒子为PV模块中输出电压的占空比；

第一更新单元302，用于根据第一预置运动公式组对初始种群中的粒子进行第一预置次数的位置更新，计算每次位置更新后各粒子位于当前位置时的适应度值，并判断当前次位置更新时适应度值最大的粒子相较前一次位置更新位置分布是否发生变化，若是，则触发第二选取单元303，适应度值为光伏电池阵列的输出功率；

第二选取单元303，用于选取预置数量的适应度值最大的粒子组成新种群，并在判断到新种群中的粒子满足第一收敛条件时，触发第二更新单元304；

第二更新单元304，用于根据第二预置运动公式对新种群中的粒子进行第二预置次数的位置更新，计算每次位置更新后的各粒子位于当前位置时的适应度值和新种群中的粒子是否满足第二收敛条件；

计算单元305，用于当判断到新种群中的粒子满足第二收敛条件时，根据当前次位置更新时的新种群中的粒子的适应度值确定光伏发电系统的最大功率。

本实施例中，通过PV模块中不同数值的输出电压占空比组成初始种群，然后分阶段、分模块判断是否满足第一收敛条件和第二收敛条件后，得到光伏发电系统的最大功率，减少了容易陷入局部最优的现象发生，从而解决了对现有的光伏发电系统进行最大功率计算时容易陷入局部最优的技术问题。

本申请实施例还提供了一种光伏发电系统的最大功率提取设备，包括处理器以及存储器；存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；处理器用于根据程序代码的指令执行实施例一或实施例二任一的光伏发电系统的最大功率提取方法。

本申请实施例还提供了一种存储介质，该存储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行实施例一或实施例二任一的光伏发电系统的最大功率提取方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的待安装电网网络，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个待安装电网网络，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，具体包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质具体包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。