[发明专利]基于免疫遗传算法的光伏最大功率跟踪的实验装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏发电实验装置领域，尤其涉及一种基于免疫遗传算法的光伏最大功率跟踪的实验装置及方法。

背景技术

随着常规能源的有限性以及环境问题的日益突出，以环保和可再生为特质的新能源越来越得到各国政府的重视。太阳能作为新能源的一种具有非常大的潜力，光伏发电是利用太阳能的主要形式，具有广阔的应用前景。通过建立实验装置，揭示光伏发电的原理和工作过程，对于培养未来从事电力专业的本科、研究生的实践技能具有重要意义。

光伏阵列的输出受很多因素影响，如辐射量、温度、倾角等，其中辐射量为最主要的影响因素。在特定的环境条件下，光伏电池的输出具有很强的非线性，而且只有一个最大功率输出点。为了提高光伏电池的发电效率，最大限度地利用光伏阵列输出的电能，需要通过功率器件调节使光伏阵列输出电压趋近最大功率点输出电压，以保证光伏阵列在最大功率点运行而获得最大能源。

传统的扰动观察法只适用于没有阴影的情况，当光伏阵列上出现局部阴影时，功率输出曲线由单峰变为多峰，这时扰动观察法将产生误判现象，不能跟踪到最大功率点。

发明内容

针对上述问题，利用自适应免疫遗传算法更擅长搜索多峰值函数的最优解的特点，本发明提出了一种基于免疫遗传算法的光伏最大功率跟踪的实验装置及方法。

一种基于免疫遗传算法的光伏最大功率跟踪的实验装置，包括：太阳能电池板、蓄电池、控制器、功率器件、负载、监测平台；

其中，太阳能电池板依次通过控制器、功率器件和负载相连，蓄电池、监测平台分别和控制器相连，太阳能电池板上安装的电压传感器、电流传感器、温度传感器、辐射量传感器分别和监测平台相连，将太阳能电池板的电压、电流、温度和辐射量信号传给监测平台，通过监测平台上的计算机显示太阳能电池板的电压、电流、功率、温度和辐射量；

电压传感器和电流传感器的输出端连接控制器，控制器通过自适应免疫遗传算法计算出最大功率点以及电压，输出PWM信号至功率器件，通过改变PWM信号的占空比来产生扰动电压，控制太阳能电池板输出达到最大功率点。

所述太阳能电池板安装在角度可调的支座上，通过改变支座的角度改变太阳能电池板的安装倾角。

所述太阳能电池板上安装有支架，支架上固定有可移动式遮光板，太阳能电池板四周刻有长度尺寸的刻度，通过读取遮光板影子所对应的刻度来计算太阳能电池板照射面积。

所述可移动式遮光板包括半透明塑料板和黑色不透光塑料板。

所述监测平台的计算机中的界面采用Labview软件编程。

一种基于免疫遗传算法的光伏最大功率跟踪的实验方法，包括：

步骤1、开启实验教学装置，分别依次调整太阳能电池板的安装角度，根据传感器采集到的太阳能电池板的电压、电流、温度和辐射量数据，将数据分别记录到监测平台上，在监测平台上绘制出太阳能电池板不同安装倾角所对应的电压、电流、温度和辐射量数据曲线。

步骤2、分别依次调整遮光板遮盖太阳能电池板面积，根据传感器采集到的太阳能电池板的电压、电流、温度和辐射量数据，将数据分别记录到监测平台上；在监测平台上绘制出不同遮光板遮盖面积变化所对应的电压、电流、温度和辐射量数据曲线；

步骤3、控制器通过扰动观察法的算法计算出最大功率点以及电压，输出PWM信号至功率器件，通过改变PWM信号的占空比来产生扰动电压，控制太阳能电池板输出达到最大功率点；

步骤4、控制器通过自适应免疫遗传算法计算出最大功率点以及电压，输出PWM信号至功率器件，通过改变PWM信号的占空比来产生扰动电压，控制太阳能电池板输出达到最大功率点；

步骤5、绘制并比较扰动观察法和自适应免疫遗传算法获得的最大功率点变化曲线。

所述控制器通过自适应免疫遗传算法计算出最大功率点的步骤包括：

1)抗原识别；

2)产生初始种群；

3)计算适应度；

4)抗体的促进和抑制，产生新的记忆细胞；

5)自适应交叉、变异，产生新的父代群体；

6)判断是否满足终止条件，如果是，则输出结果，结束循环；如果否，转下一步。

7)将5)产生的新父代群体和4)产生的新记忆细胞组成新的种群，返回3)重新进行下次计算。

本发明的有益效果在于：通过本实验装置直观显示电压、电流、功率、温度和辐射量的变化，计算简单，配置方便，效果显著，采用自适应免疫遗传算法跟踪最大功率点具有良好的跟踪效果，且响应速度快，在无阴影和有阴影条件下均能实现太阳能光伏电池输出功率最大化。