局部陰影下基于遺傳蟻群算法對MPPT的研究

局部陰影下基于遺傳蟻群算法對MPPT的研究隨著光伏系統(tǒng)的不斷發(fā)展，最大功率點跟蹤（MaximumPowerPointTracking（MPPT））技術(shù)變得越來越重要?；趥鹘y(tǒng)的PID控制器的MPPT算法已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了不錯的效果。但是，由于光伏系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性，傳統(tǒng)算法的性能仍存在局限性。為了提高MPPT的精度和效率，研究人員開始探索新的求解方法。在不同的研究方向中，遺傳蟻群算法是最常用的優(yōu)化方法之一。本文旨在探討遺傳蟻群算法在MPPT方面的研究進展。

一、最大功率點跟蹤技術(shù)概述

在光伏系統(tǒng)中，最大功率點（MaximumPowerPoint（MPP））是指PV（Photo-Voltaic）板可以輸出的最大功率值。當(dāng)光照強度和溫度變化時，MPP位置也會改變。為了提高光伏系統(tǒng)的效率和電能利用率，需要采用MPPT技術(shù)追蹤MPP位置，使系統(tǒng)能夠在最大功率點輸出電能。目前最常見的MPPT算法有傳統(tǒng)的PerturbandObserve（P&O）算法、IncrementalConductance（INC）算法、模糊控制算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。這些算法的共同點是采用反饋控制，在光伏板輸出電流和電壓之間維持一個功率點，使系統(tǒng)在其滿負(fù)載輸出工作狀態(tài)時輸出最大功率。

然而，這些算法都會受到不同程度的影響。例如，P&O和INC算法容易產(chǎn)生震蕩和振蕩，模糊控制算法需要大量的計算和參數(shù)調(diào)整。因此，研究人員開始尋求一種更有效的方法來提高MPPT的精度、穩(wěn)定性和魯棒性。

二、遺傳蟻群算法簡介

遺傳蟻群算法是一種啟發(fā)式優(yōu)化算法，基于生物進化和群體智能的思想。它將基因遺傳和蟻群行為優(yōu)化有機地結(jié)合起來，形成了一個適應(yīng)于復(fù)雜問題的求解框架。遺傳蟻群算法具有全局優(yōu)化、自適應(yīng)和魯棒性等優(yōu)點，因此受到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。

在遺傳蟻群算法中，一般采用以下的基本操作：

1.初始化群體：生成一定數(shù)目的個體，隨機分布在搜索空間中。

2.適應(yīng)性評價：利用目標(biāo)函數(shù)評估個體的適應(yīng)度。

3.選擇操作：根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)選擇較優(yōu)的個體或者選擇遺傳操作以產(chǎn)生新的個體。

4.遺傳操作：包括交叉、變異等方式，將個體DNA部分組合為新子代。

5.蟻群算法：將個體看作一個螞蟻，在搜索空間中徘徊，并遵循一定的策略進行搜索。

6.終止條件：滿足預(yù)定的停止準(zhǔn)則時終止搜索。

三、遺傳蟻群算法在MPPT中的應(yīng)用

在光伏MPPT問題中，遺傳蟻群算法主要應(yīng)用于優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和搜索空間。如何定義目標(biāo)函數(shù)是實現(xiàn)優(yōu)化的關(guān)鍵。目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)是電流或電壓，以便找到最大功率點。在一般情況下，遺傳蟻群算法用于尋找搜索空間中的最優(yōu)解。遺傳蟻群算法可以在搜索空間中形成一些搜索的點，可以通過微調(diào)來給出預(yù)期的位置。

1.目標(biāo)函數(shù)

根據(jù)最大功率點跟蹤的定義，目標(biāo)函數(shù)通常是由電流和電壓動態(tài)表示的當(dāng)前功率的函數(shù)。根據(jù)這個定義，可以進行不同的優(yōu)化目標(biāo)。例如，可以嘗試對反饋控制器分別進行優(yōu)化，使其在實際工作中更加魯棒性和高效。對于不同類型的功率模型，可以優(yōu)化模型的準(zhǔn)確性，以獲得更高的搜索精度。

2.搜索空間

搜索空間是由選定的可調(diào)參數(shù)空間組成的。例如，遺傳算法可以在電壓電流特性曲線中搜索最大功率點。在不同的搜索空間中，遺傳蟻群算法可以演化出不同的搜索策略。因此，在選擇搜索空間時需要考慮整個系統(tǒng)的特點，以便尋找到最優(yōu)的搜索策略。在實際應(yīng)用中，搜索空間可以進一步優(yōu)化以使搜索更加有效。

3.遺傳蟻群算法的優(yōu)缺點

遺傳蟻群算法是一種適合優(yōu)化非線性問題的方法，適用于多個變量的復(fù)雜問題。與其他傳統(tǒng)的算法相比，它具有以下特點：

（1）全局優(yōu)化：對于具有多個局部最小值的問題，能夠?qū)で笕肿顑?yōu)解。

（2）自適應(yīng)性：遺傳蟻群算法能夠根據(jù)目標(biāo)函數(shù)和搜索空間自動調(diào)整策略和迭代次數(shù)，適應(yīng)不同種類的問題。

（3）高效性：通過搜索空間和目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，可以在較短的時間內(nèi)獲得較好的搜索結(jié)果。

（4）魯棒性好：在面對復(fù)雜問題時，遺傳蟻群算法能夠搜索到合理的結(jié)果，具有良好的魯棒性。

不過，該算法也具有缺點，例如：

（1）調(diào)節(jié)參數(shù)幾乎是一項藝術(shù)，需要經(jīng)驗和專業(yè)技能支持。

（2）從問題定義到求解最優(yōu)解需要大量的時間和空間，使得遺傳蟻群算法在實際問題中可能變得不切實際。

（3）在搜索過程中，難以避免落入局部最優(yōu)解的情況。

四、結(jié)論

在MPPT問題中，遺傳蟻群算法是一種有效的和經(jīng)濟的優(yōu)化方法。相對于傳統(tǒng)的PID控制器和其他控制算法，它具有更好的精度、可靠性、泛化能力和魯棒性。在能量管理系統(tǒng)中，遺傳蟻群算法提供了一種高效率、可靠性好的算法。雖然它仍然面臨一些挑戰(zhàn)，例如參數(shù)調(diào)整和局部最優(yōu)解等問題，但是，隨著MPPT控制器的不斷改進和遺傳蟻群算法的不斷優(yōu)化，將會有更多的優(yōu)秀實踐經(jīng)驗被提煉出來，為MPPT系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用提供更多的支持。本文將從三個方面列出相關(guān)數(shù)據(jù)并進行分析，包括：

1.全球光伏市場的現(xiàn)狀及趨勢。

2.光伏薄膜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀。

3.光伏發(fā)電與環(huán)境效益。

一、全球光伏市場的現(xiàn)狀及趨勢

1.全球光伏市場規(guī)模

據(jù)市場研究機構(gòu)統(tǒng)計，2019年全球光伏市場容量達到了630GW，同比增長超過18%。其中，中國光伏市場容量占到了全球光伏市場總量的三分之一以上，成為全球最大的光伏市場。

2.全球光伏市場增長趨勢

未來幾年，光伏市場將繼續(xù)以快速的速度增長。根據(jù)市場研究機構(gòu)的數(shù)據(jù)預(yù)測，到2024年，全球光伏市場將達到1800GW。同時，光伏市場的支撐政策也將繼續(xù)推動市場增長。例如，中國政府在“十四五”規(guī)劃中提出將再次提高新能源比例，對光伏行業(yè)的扶持也會加大。

3.全球光伏市場分布

目前全球光伏市場主要集中在幾個國家，包括中國、美國、印度、日本和歐洲等地區(qū)。其中，中國光伏市場占據(jù)了全球光伏市場總量的近50%，2019年新裝機容量達到了30GW以上。

二、光伏薄膜技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.光伏薄膜技術(shù)的分類

目前，光伏薄膜技術(shù)主要分為硅薄膜太陽能電池技術(shù)、柔性薄膜太陽能電池技術(shù)、有機太陽能電池技術(shù)、鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)等。其中，硅薄膜太陽能電池技術(shù)是應(yīng)用最為廣泛的一種。

2.光伏薄膜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

光伏薄膜技術(shù)具有柔韌性、輕便性以及可彎曲性等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外裝飾、消費電子、建筑一體化、航空航天和交通工具等領(lǐng)域。如染色敏化太陽能電池技術(shù)可應(yīng)用于室內(nèi)照明、手表等小型電器，而薄膜硅太陽能電池技術(shù)及柔性有機太陽能電池技術(shù)則可應(yīng)用于建筑一體化和交通工具領(lǐng)域。

3.光伏薄膜技術(shù)的市場前景

隨著光伏薄膜技術(shù)的不斷成熟，其在市場上的份額也不斷地提高。根據(jù)市場研究機構(gòu)的預(yù)測，未來5年內(nèi)光伏薄膜技術(shù)的市場份額將在全球光伏市場中不斷提升，預(yù)計到2025年會達到169億美元以上。

三、光伏發(fā)電與環(huán)境效益

1.光伏發(fā)電對環(huán)境的影響

光伏發(fā)電運行過程中沒有對環(huán)境造成氣體、液體和固體等排放，不會對大氣、水、土壤等環(huán)境造成污染。同時，光伏發(fā)電具有造價低廉、不受可再生能源資源限制等優(yōu)點，是清潔能源的代表之一。

2.光伏發(fā)電對碳排放的影響

全球溫室氣體中約占80%的二氧化碳是由化石燃料燃燒排放產(chǎn)生。而光伏發(fā)電不僅不排放溫室氣體，而且能夠替代一部分的傳統(tǒng)燃料，減少碳排放，有助于緩解全球變暖等環(huán)境問題。

3.光伏發(fā)電和電網(wǎng)的互補關(guān)系

光伏發(fā)電如果用于聯(lián)網(wǎng)發(fā)電，可以將多余的電力注入電網(wǎng)，滿足人們對電能的供給。同時，在晴天光伏發(fā)電量充足的情況下，光伏發(fā)電技術(shù)還能為電力系統(tǒng)提供更多的穩(wěn)定性。

四、結(jié)論

光伏技術(shù)作為清潔能源中的一種代表性技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景和社會效益。隨著光伏技術(shù)的不斷成熟，其在未來的市場中占據(jù)的地位也將逐步提高。同時，光伏技術(shù)的發(fā)展也將有助于緩解全球能源緊張和環(huán)境污染等問題。案例分析：德國太陽能光伏市場的崛起

德國是歐洲最早采用光伏技術(shù)的國家之一，自上世紀(jì)80年代起就開始發(fā)展太陽能電池技術(shù)。到上世紀(jì)90年代，德國政府開始推動太陽能發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用，并且實行了一系列支持政策。這些措施對于德國太陽能行業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用，最終使德國在光伏市場上崛起。

一、德國太陽能市場的發(fā)展歷程

1.80年代初：德國太陽能電池技術(shù)的發(fā)展

上世紀(jì)80年代初，德國政府開始為太陽能電池技術(shù)的發(fā)展提供資金支持。德國太陽能電池廠商開始大量生產(chǎn)太陽能電池板，并且向各個領(lǐng)域推出應(yīng)用，如公路廣告牌、行人信號燈等。

2.90年代：政策支持和市場發(fā)展

德國政府開始加速推動太陽能發(fā)電的規(guī)?；瘧?yīng)用，實行一系列支持政策，如高回報政策、儲能技術(shù)的支持等，吸引大量投資者進入市場。

3.2000年：限額放電政策的實施

德國政府推出“限額放電”政策，允許發(fā)電設(shè)備將不需要的電力注入公共電網(wǎng)，并保證電價不低于政府定價。

4.2004年：分散式發(fā)電政策的實施

德國政府鼓勵分散式發(fā)電，允許居民和企業(yè)在屋頂上安裝太陽能電池板進行發(fā)電，并允許充分利用地方政府補貼，為市場的發(fā)展帶來新的推動力。

5.2011年：德國最高峰的光伏市場

德國光伏市場在2011年達到頂峰，全年光伏發(fā)電量占德國總發(fā)電量的3.5%。同時，太陽能電池板的生產(chǎn)也已經(jīng)變成了一種成熟的產(chǎn)業(yè)，成為了德國的一個重要支柱產(chǎn)業(yè)。

二、德國光伏市場成功的原因

1.政府政策支持

德國政府出臺了一系列支持政策，如高回報政策、儲能技術(shù)支持、限額放電政策、分散式發(fā)電政策等，這些措施營造了良好的市場環(huán)境和投資氛圍，為市場的發(fā)展提供了多方面的支持。

2.技術(shù)優(yōu)勢

德國在光伏技術(shù)的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用方面具有較強的實力，發(fā)展了許多具有創(chuàng)新性的技術(shù)，并且將這些技術(shù)應(yīng)用于實際生產(chǎn)中。同時，德國的儲能技術(shù)也處于領(lǐng)先地位，保證了市場在供需方面的平衡。

3.消費環(huán)境和文化氛圍

在德國，更多的家庭和企業(yè)關(guān)注可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護，更愿意選擇安裝太陽能電池板，并且國家教育也始終強調(diào)環(huán)保。這使得文化氛圍也為市場的發(fā)展提供了支持。

三、德國光伏市場的啟示

1.政府應(yīng)該出臺有力的支持政策

政府應(yīng)該出臺有力的支持政策，如高回報政策、儲能技術(shù)支