Page 72 - 电力与能源2023年第六期

618 白荣格，等：基于改进花授粉算法的光伏最大功率点追踪研究

k
［5］提出了一种分区萤火虫最大功率跟踪算法，解 兹曼常数，=1.38×10 J·K ；T——光伏电池温
-1
-23
决了传统萤火虫算法跟踪在局部最大功率点跟踪 度；q——电荷量，q=1.6×10 C；I——光伏电池
-19
方面的问题。文献［6］改进了传统灰狼优化算法 的输出电流；U——光伏电池的输出电压。
的收敛因子，提高了算法的动态性能。文献［7］提 1.2 变化光照下的特性分析
出了一种基于改进布谷鸟算法和电导增量法的联 光伏阵列在变化光照条件下功率-电压（P-

合 MPPT 控制方法，并验证了在复杂环境下该方 V）特性曲线会呈现多个极值点，当处于均匀光照
法具有鲁棒性 . 文献［8］提出了一种变步长扰动观 时，光伏阵列正常工作，旁路二极管反向截止；当
察法结合自适应布谷鸟搜索算法的复合算法，以 光伏阵列被遮挡时，旁路二极管导通使光伏单元
实现对最大功率点的快速准确跟踪。 短路，以防止其被电流击穿 ［10］ 。本文在 Simulink

然而，这些算法存在参数众多、算法复杂的问 平台上建立了 4×1 光伏阵列仿真模型，每块光伏
题 。 因 此 ，本 文 提 出 一 种 基 于 改 进 花 授 粉 算 法 阵列中封装了 4×1 的光伏电池，在标准环境温度
（IFPA）的光伏阵列 MPPT 模型。为了避免算法 25 ℃的情况下，设置了 3 种光伏阵列光照条件方
陷入局部最优，提高收敛速度，本文在算法的全局 案进行仿真，如表 1 所示。
搜索阶段引入自适应系数进行改进。以构建的光 表 1 光伏阵列光照条件 W·m -2

伏 最 大 功 率 点 跟 踪 模 型 为 基 础 ，在 MATLAB/ 方案 PV1 PV2 PV3 PV4
方案 1 1 000 1 000 1 000 1 000
Simulink 中进行仿真试验，结果表明本文提出的
方案 2 1 000 1 000 800 800
算法能够在静态、动态等多种情况下实现光伏阵 方案 3 1 000 800 600 400
列最大功率点的快速精确跟踪控制。
依据表 1 设置的方案，得到 P‒U 结果如图 2
1 光伏电池特性 所示。

1.1 光伏电池数学模型
光伏电池是一种利用半导体材料将太阳能转

化为电能的器件，其等效模型主要包括电流源、二
［9］
极管和串并联电阻 。
光伏电池等效电路如图 1 所示。

图 2 P‒U 输出特性曲线
由图 2 可知，不均匀光照使得 P-U 输出曲线
图 1 光伏电池等效电路图
出现多个极大值，且光照条件越复杂，极大值越
光伏组件的输出电流如下式所示： 多，这会对光伏 MPPT 寻优造成一定的困扰。
)
é ê ê ê ( nkT ) ù ú ú
ú
I = I ph - I 0ê ê ê exp q(U + I d R s - 1 ú - U + I d R s 2 改进花授粉算法
ë û R sh
（1） 2.1 花授粉算法
式中 I ph——光伏电池的光生电流；I d——二极管 花授粉算法（FPA）模拟了大自然中花植异花
的反向饱和电流；R sh——等效并联电阻；R s—— 授粉和自花授粉的繁殖方式 ［11］ 。这种算法结构简
串联等效电阻；n——二极管特性因子；k——波尔 单、参数少，可广泛应用于种类优化问题，得到相