光伏發(fā)電報(bào)告

優(yōu)化理論與最優(yōu)控制光伏發(fā)電綜述學(xué)號(hào): -專業(yè)：控制理論與控制工程2012年7月4日摘要：在能源枯竭與環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重的今天，人們渴望用取之不盡，用之不竭的可再生能源來代替資源有限、污染環(huán)境的常規(guī)能源。以半導(dǎo)體光生伏打效應(yīng)為基礎(chǔ)的光伏發(fā)電技術(shù)，能滿足人類的需要。太陽能光伏發(fā)電作為一種既清潔又環(huán)保的綠色能源，是近期急需的能源補(bǔ)充,又是未來能源結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。然而，光伏電池的輸出特性具有強(qiáng)烈的非線性，且受外界環(huán)境因素影響大，所以如何有效的利用太陽能，提高太陽能利用效率，成為太陽能利用中一個(gè)迫切需要解決的問題。本文以光伏發(fā)電系統(tǒng)為研究對(duì)象，介紹了太陽能光伏發(fā)電的原理、光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行方式，以最大效率利用太陽能為主要目標(biāo)，展開了光伏發(fā)電系統(tǒng)效率最優(yōu)化的理論和實(shí)驗(yàn)研究。關(guān)鍵詞：太陽能；光伏發(fā)電；最優(yōu)化；MATLAB仿真Abstract:Today,energysourcesdriedupandenvironmentalpollutionismoreandmoresevere.Peoplearelongingforthatrenewableenergysourcestaketheplaceofruleenergysources.Butphotovoltaictechnologycanbesatisfiedwithhumanbeings.Asacleaningenergy,solarPVsystemisnotonlysupplementaryinthenearfuturesoures,butalsoisgroundinginthefuturesourcesstruction.However,astheoutputcharacteristicofphotovoltaiccellsisnon-linear,andbeeasilyinfluencedbytheouterenvironment,howtomaketheuseofsolarenergymoreeffectivehasbecomeadifficultprobleminthisarea.Thispapertriestostudyphotovoltaicsystemwiththetargetofmaximizingtheefficiencyofsolarenergy,andboththetheoreticalandexperimentalresearchofphotovoltaicsystemefficiencyoptimizationhasbeendone.Keywords:Solarenegy;PVgenerateelectricity;Optimization;MATLABSimulation約230年2100年2050約230年2100年2050年2000年太陽約61年約45年一

■^15預(yù)測圖從圖1可以看出，全球常規(guī)能源可開采量已屈指可數(shù)。中國的常規(guī)能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)低一光伏發(fā)電的發(fā)展進(jìn)程隨著全球工業(yè)化的進(jìn)程,人類對(duì)能源需求在不斷增長?；仡?00年間能源工業(yè)的發(fā)展歷史，可以清楚地看到,整個(gè)能源工業(yè)的消耗主要以化石能源為主。人類正在消耗地球50萬年歷史中積累的有限能源資源。煤和石油作為能源的載體，極大地解放了生產(chǎn)力，推動(dòng)了全世界工業(yè)化的進(jìn)程，同時(shí)也向人類敲響了常規(guī)能源已面臨枯竭的警鐘⑵。據(jù)國際能源權(quán)威年鑒《BP世界能源統(tǒng)計(jì)》2005年6月發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,2004年世界一次能源消耗量為1.02*1010t石油量。到2005年底，世界石油可采量為45年,天然氣可采量為61年，煤炭可采量為230年。圖1為我國與世界主要常規(guī)能源儲(chǔ)量預(yù)測圖⑶。圈世界2250年2200年2150年于世界平均水平，約為世界總儲(chǔ)量的10%。這些傳統(tǒng)的燃料能源一天天減少，也與此同時(shí)全球還有約20億人得不到正常的能源供應(yīng)uh。這個(gè)時(shí)候把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變?nèi)祟惖哪茉唇Y(jié)構(gòu)，維持長遠(yuǎn)的可持續(xù)發(fā)展。在現(xiàn)實(shí)中，太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能成為三大最為看好的可再生能源品種。上世紀(jì)80年代，風(fēng)能、太陽能、現(xiàn)代生物質(zhì)能等技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)也在政府的支持下穩(wěn)步發(fā)展，而近幾年，太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。豐富的太陽輻射能，是取之不盡用之不竭、無污染、廉價(jià)的能源。太陽能每秒鐘投射到地球上的能量高達(dá)1.757*10J，假如把地表面0.1%的太陽能轉(zhuǎn)為電能，轉(zhuǎn)變率5%，每年發(fā)電量可達(dá)5.6*1012kWh，相當(dāng)于目前世界上能耗的40倍⑷。因此世界上許多發(fā)達(dá)國家和部分發(fā)展中國家都十分重視太陽能在未來能源供應(yīng)中的重要作用。二光伏發(fā)電的組成和分類2.1太陽能光伏發(fā)電與傳統(tǒng)發(fā)電方式相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：數(shù)量巨大。每年到達(dá)地球表面的太陽輻射能約為1.8*1014t標(biāo)準(zhǔn)煤，即約為目前全世界所消費(fèi)的各種能量總和的1*104倍。清潔干凈。太陽能安全衛(wèi)生，對(duì)環(huán)境無污染，不損害生態(tài)環(huán)境，是當(dāng)之無愧的“清潔能源”。獲取方便。太陽能分布廣泛，既不需開采和挖掘，又不用運(yùn)輸，對(duì)解決邊遠(yuǎn)山區(qū)以及交通不便的鄉(xiāng)村、海島的能源供應(yīng)具有很大的優(yōu)越性。時(shí)間長久。只要有太陽，就有太陽輻射能，因此是取之不盡,用之不竭的能源。

2.2光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成光伏發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏電池的光伏效應(yīng)，將太陽光輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的一種新型發(fā)電系統(tǒng)。一套基本的光伏發(fā)電系統(tǒng)一般是由太陽能電池板、太陽能控制器、逆變器和蓄電池（組）構(gòu)成。太陽能電池板：是光伏發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，其作用是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成電能，供伏在使用或存儲(chǔ)于電池內(nèi)備用。太陽能控制器：太陽能控制器的基本作用是為蓄電池提供最佳的充電電流和電壓，快速、平穩(wěn)、高效的為蓄電池充電，并在充電過程中減少損耗、盡量延長蓄電池的使用壽命；同時(shí)保護(hù)蓄電池，避免過充電和過放電現(xiàn)象的發(fā)生。如果用戶使用的是直流負(fù)載，通過太陽能控制器可以為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電（由于天氣的原因，光伏電池方陣發(fā)出的直流電的電壓和電流不是很穩(wěn)定）。逆變器：逆變器的作用就是將光伏電池陣列和蓄電池提供的低壓直流電逆變成220V交流電，供給交流負(fù)載使用。蓄電池（組）：蓄電池（組）的作用是將光伏陣列發(fā)出的直流電直接儲(chǔ)存起來，供負(fù)載使用。在光伏發(fā)電中，蓄電池處于浮充放點(diǎn)狀態(tài)，當(dāng)日照量大時(shí)，除了供給負(fù)載用電外，還對(duì)蓄電池充電；當(dāng)日照亮小時(shí)，這部分儲(chǔ)存的能量將逐步放出。2.3光伏發(fā)電系統(tǒng)按與電力系統(tǒng)的關(guān)系分類，通常分為獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)、并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)、混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)三種。（1）獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)整個(gè)獨(dú)立供電的光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能電池板、蓄電池、控制器、逆變器組成。太陽能電池板作為系統(tǒng)中的核心部分，尤其是將太陽能直接轉(zhuǎn)換成直流形式的電能，一般只在白天有太陽光照的情況下輸出能量。圖1-1獨(dú)立運(yùn)行的光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖（2）并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)圖1-2并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖光伏發(fā)電系統(tǒng)直接與電網(wǎng)連接，其中逆變器很重要的作用，要求具有與電網(wǎng)連接的功能。（3）混合型光伏型發(fā)電系統(tǒng)圖1-3為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)，它區(qū)別于以上兩個(gè)系統(tǒng)之處是增加了一臺(tái)備用發(fā)電機(jī)組，當(dāng)光伏陣列發(fā)電不足或蓄電池儲(chǔ)量不足時(shí)，可以啟動(dòng)備用發(fā)電機(jī)組，它既可以直接給交流負(fù)載供電，又可以經(jīng)整流器后給蓄電池充電，所以稱為混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)。圖1-3混合型光伏發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖三太陽能光伏發(fā)電原理及光伏電池分類3.1太陽能光伏發(fā)電原理太陽能光伏發(fā)電的原理主要是利用半導(dǎo)體的光生伏打效應(yīng)。太陽能電池實(shí)際上是由若干個(gè)p_n結(jié)構(gòu)成。當(dāng)太陽光照射到p_n結(jié)時(shí),一部分被反射，其余部分被p_n結(jié)吸收，被吸收的輻射能有一部分變成熱，另一部分以光子的形式與組成p_n結(jié)的原子價(jià)電子碰撞，產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在p_n結(jié)勢壘區(qū)內(nèi)建電場的作用下，將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴驅(qū)向p區(qū)，從而使得n區(qū)有過剩的電子,p區(qū)有過剩的空穴。這樣在p_n結(jié)附近就形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。光生電場除一部分抵消內(nèi)建電場外，還使p型層帶正電，n型層帶負(fù)電，在n區(qū)和p區(qū)之間的薄層產(chǎn)生光生電動(dòng)勢,這種現(xiàn)象稱為光生伏打效應(yīng)。若分別在p型層和n型層焊上金屬引線，接通負(fù)載，在持續(xù)光照下，外電路就有電流通過，如此形成一個(gè)電池元件，經(jīng)過串并聯(lián)，就能產(chǎn)生一定的電壓和電流，輸出電能，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。即把光能轉(zhuǎn)換成電能的能量轉(zhuǎn)換器，就是光伏電池。光電效應(yīng)光伏電池的工作原理圖，如圖2-1（a）（b）所示：電子空穴①一^^型半導(dǎo)體a太陽能半導(dǎo)體晶片b 晶片受太陽光照過程中帶正電的空穴向P型半導(dǎo)體區(qū)移動(dòng)帶負(fù)電的電子向N型半導(dǎo)體區(qū)移動(dòng)3.2光伏電池的分類（1） 晶體硅光伏電池。晶體硅光伏電池的原料、光電轉(zhuǎn)換效率高，是目前發(fā)展最快的光伏電池。目前常見的光伏電池均為晶體硅光伏電池，常見的晶體硅光伏電池有單晶硅電池和多晶硅電池兩種。單晶硅電池的光電轉(zhuǎn)換效率高，但成本也高；多晶硅電池的價(jià)格和光電轉(zhuǎn)換效率均適中。因此多晶硅光伏電池成為目前太陽恩呢更光伏發(fā)電系統(tǒng)采用最多的光伏器件，其次使用的是單晶硅光伏電池，這兩者占據(jù)了光伏電池市場的大部分份額。（2） 非晶硅光伏電池。非晶硅光伏電池資源豐富，制造過程簡單，制造能耗低，所以作為成本的光伏電池引入注目，具有投資回收時(shí)間短，回報(bào)率高的特點(diǎn)。目前其轉(zhuǎn)換效率比單晶硅光伏電池的稍低。（3） 化合物半導(dǎo)體光伏電池。化合物半導(dǎo)體光伏電池有許多種類，砷化鎵光伏電池就是其中一種，其轉(zhuǎn)換效率很高，但存在資源缺乏、有公害等問題。3.3光伏陣列的最大功率點(diǎn)跟蹤控制使用方法光伏陣列的輸出電壓和輸出電流隨著外部環(huán)境或負(fù)載的變化具有強(qiáng)烈的非線性，因此在特定的工作環(huán)境下存在一個(gè)唯一的最大功率輸出點(diǎn)。光伏陣列能否工作在最大功率點(diǎn)取決于光伏陣列所帶的負(fù)載大小，圖3-1是光伏陣列時(shí)的等效電路圖。

圖3-1光伏陣列工作的等效電路圖圖3-2是用圖解法得出光伏陣列的工作點(diǎn)的示意圖。圖3-2中曲線為光伏陣列輸出的電流電壓（I-V）特性曲線，直線表示負(fù)載電阻的I-V特性，二者的交點(diǎn)即為光伏陣列的工作點(diǎn)，工作點(diǎn)的電壓電流既要符合光伏陣列的I-V特性又符合負(fù)載自身的I-V特性。如果兩條線的交點(diǎn)不在最大功率點(diǎn)，此時(shí)負(fù)載和光伏陣列就處于失配狀態(tài)，光伏陣列所產(chǎn)生的電能就沒有被充分利用［1。］。圖3-2 光伏組件的工作點(diǎn)無法認(rèn)為控制外界環(huán)境因素的變化，溫度和光強(qiáng)在一天中經(jīng)常是不斷變化的，光伏陣列的輸出特性也要隨之變化，要使光伏陣列始終能夠輸出最大功率，必須適時(shí)改變其所接的負(fù)載。通常在光伏陣列和負(fù)載之間串聯(lián)最大功率點(diǎn)跟蹤（maximumpowerpointtracking,MPPT）電路來實(shí)現(xiàn)［15］。最常用的最大功率點(diǎn)跟蹤示意圖如圖3-3所示，是一個(gè)DC/DC變換器，光伏陣列所帶的等效負(fù)載是DC/DC變換器占空比D和其所帶負(fù)載Rioad的函數(shù)，調(diào)節(jié)占空比就可以達(dá)到改變光伏陣列所帶負(fù)載的目的，從而實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤。其中光伏電池模型中I-V特征式為：I(V)=axl —axlxexpI(V)=axl —axlxexpbx(yxa+1—y)xVmax(a-1)其中各變量的含義：V——光伏陣列輸出電壓，I（V） 光伏陣列輸出電流，V---在光照強(qiáng)度為1。。的情況下，光伏電池陣列的額定開路電壓。日、關(guān)"---最大電流，依賴于額定短路電流I（。），式（a-2）給出/和I（。）之

b---I-V特征指數(shù)常數(shù)，由（a-3）給出；b---I-V特征指數(shù)常數(shù)，由（a-3）給出；aY---線性因子，依賴于V，小時(shí)的電壓損失百分比。其中；I（0）z次 廠1、a—axexp（—）bI—max光伏電池光照密度百分比；由式（a-4）給出，定義為光照強(qiáng)度最大和最V是指光照強(qiáng)度少于20%時(shí)的額定開路電壓。min(a-2)(a-3)b-1- V (a-3)(yxa+1—v)xVmaxiV.(a-4)V—1——mn(a-4)VmaxDCDC'DCDC'圖3-3 常用最大功率點(diǎn)跟蹤電路示意圖MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）控制算法是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)高效利用太陽能的關(guān)鍵技術(shù)之一。四最大功率點(diǎn)跟蹤方法的比較及基于遺傳算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率優(yōu)化4.1最大功率點(diǎn)跟蹤的原理在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池是最基本的環(huán)節(jié)，若要提高整個(gè)系統(tǒng)的效率必須要提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，使輸出功率為最大功率。然而光伏電池的I-V特性具有非線性，并且它隨著外界環(huán)境（溫度、日照強(qiáng)度）的變化而變化，所以不好控制。但是，在某一特定的溫度或日照強(qiáng)度總存在著一個(gè)最大功率點(diǎn)［19］，因此，最大功率點(diǎn)的跟蹤的研究是至關(guān)重要的。最大功率點(diǎn)跟蹤的過程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)尋優(yōu)過程。圖4.1為光伏電池陣列的輸出功率特性曲線，由圖可知，當(dāng)光伏電池工作于最大功率點(diǎn)電壓V左側(cè)時(shí)，其輸出功率隨電池端電壓的上升而增加；當(dāng)光伏電池工作于最大功率：點(diǎn)電壓V右側(cè)時(shí)，其輸出功率隨電池端電壓的上升而減少。此外，MPPT控制也可以先根據(jù)采集到的太陽能電壓、電流值以及功率值來判斷其運(yùn)行在哪個(gè)工作區(qū)，然后根據(jù)不同的工作區(qū)采取不同的工作指令進(jìn)行跟蹤控制如。但要注意日照強(qiáng)度和溫度環(huán)境對(duì)光伏電池陣列的開路電壓和短路電流的影響。圖4.1光伏電池的輸出功率特性4.2幾種最大功率點(diǎn)跟蹤方法的比較定電壓跟蹤法(ConstantVoltageTracking,CVT)通過分析不同日照強(qiáng)度下光伏電池輸出功率曲線可知，當(dāng)日照強(qiáng)度較高時(shí)，最大功率點(diǎn)幾乎分布在一條垂直線的兩側(cè)，如圖4.2所示。因此，可以將光伏電池的最大功率輸出點(diǎn)看作是針對(duì)某一個(gè)恒定電壓輸出的，這就大大簡化了系統(tǒng)MPPT的控制設(shè)計(jì)，從而構(gòu)成了CVT式的MPPT控制。使用這種方法，人們只需要從生產(chǎn)廠商獲得做大輸出電壓值，并將輸出電壓鉗位于最大輸出電壓值即可。圖4.2不同日照下光伏電池輸出功率曲線CVT控制的優(yōu)點(diǎn)是：控制簡單，易實(shí)現(xiàn)，可靠性高；系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)振蕩，有很好的穩(wěn)定性；可以方便的通過硬件實(shí)現(xiàn)。缺點(diǎn)是：控制精度差，特別是對(duì)于早晚和四季溫度變化劇烈的地區(qū)；必須人工干預(yù)才能良好運(yùn)行，更難預(yù)料風(fēng)、沙等影響。為克服缺點(diǎn)，在CVT的基礎(chǔ)上采用一些改進(jìn)的辦法：(1)手工調(diào)節(jié)方式：根據(jù)實(shí)際溫度的情況，手動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)置不同情況下的V，但這比較麻煩和粗糙。微處理器查詢數(shù)據(jù)表格方式：事先將不同溫度卞測得的V值存儲(chǔ)于EPROM中，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，微處理器通過光伏陣列上的溫度傳感器獲取if列溫度，通過查表確定當(dāng)前的V值。采用CVT實(shí)1現(xiàn)MPPT控制，由于其良好的可靠性和穩(wěn)定性，目前在光伏系統(tǒng)中仍被較多的使用，特別是光伏水泵系統(tǒng)中。隨著光伏系統(tǒng)控制技術(shù)的計(jì)算機(jī)及微處理器化，該方法逐漸被新方法所替代。電導(dǎo)增量法(IncrementalConductanceAlgorithm,ICA)

(4-1)(4-2)(4-3)電導(dǎo)增量法也是MPPT控制常用的算法之一。通過光伏電池陣列輸出功率特性曲線可知最大功率點(diǎn)Pma處的斜率為零，所以有：(4-1)(4-2)(4-3)P=V*ImaxdPT =IdPT =IdVdI~dV式（4-3）電導(dǎo)的負(fù)值時(shí)*=0dVIV即為要達(dá)到最大功率點(diǎn)的條件，即當(dāng)輸出電導(dǎo)的變化量等于輸出光伏陣列工作在最大功率點(diǎn)處，若不想等，則要判斷dp/dv是大于零或者小于零。此跟蹤法的最大優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)外界日照強(qiáng)度發(fā)生迅速變化時(shí)，其輸出端電壓能以平穩(wěn)的方式追誰其變化，從而保證最大功率的輸出。然而，這一跟蹤法的實(shí)現(xiàn)要借助微處理器或數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）。從而增加了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性及費(fèi)用。保證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制方便是此方法需要改進(jìn)之處。4.2.3功率回授法功率回授法的原理是通過采集光伏電池陣列的電壓值與電流值，計(jì)算出當(dāng)前輸出功率，然后與前次的輸出功率作一比較從而控制調(diào)整輸出電壓值。此控制方法實(shí)現(xiàn)比較方便，但是穩(wěn)定性及可靠性不理想，因此在實(shí)際使用中不常用。4.2.4擾動(dòng)觀察法（Perturb-and-observe,PAO）擾動(dòng)觀察法是目前實(shí)現(xiàn)MPPT常用的方法，它通過不斷擾動(dòng)光伏系統(tǒng)的工作點(diǎn)來尋找最大功率點(diǎn)的方向，其原理是先擾動(dòng)輸出電壓值，然后測其功率變化，與擾動(dòng)之前的功率值相比，如果功率值增加，則表示擾動(dòng)方向正確，繼續(xù)朝同一方向擾動(dòng)；如果擾動(dòng)后功率值小于擾動(dòng)前的值，則網(wǎng)相反的方向擾動(dòng)。其結(jié)構(gòu)簡單，擾動(dòng)參數(shù)少。此法最大的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡單，被測參數(shù)少，能比較普遍的適用于光伏系統(tǒng)的最大功率點(diǎn)跟蹤。但是，在系統(tǒng)已經(jīng)跟蹤到最大功率點(diǎn)附近時(shí)，擾動(dòng)仍然沒有停止，這樣系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)附近震蕩，會(huì)損失一部分功率，而且初始值和步長的選取對(duì)跟蹤的速度和精度都有較大的影響。4.3基于遺傳算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的優(yōu)化4.3.1遺傳算法的簡介遺傳算法（GA）是由美國Michigan大學(xué)的JohnHolland教授提出的一種鑒于生物體自然選擇和自然遺傳機(jī)制的隨機(jī)收索算法，其主要特點(diǎn)是采取群體搜索策略和在群體中個(gè)體之間進(jìn)行信息交換，利用簡單的編碼技術(shù)和繁殖機(jī)制來表現(xiàn)復(fù)雜的現(xiàn)象，不受搜索空間的限制性假設(shè)的約束，不要求諸如連續(xù)性、導(dǎo)數(shù)存在和單峰等假設(shè)。而且遺傳算法的搜索過程不依賴于梯度信息，尤其適用于處理傳統(tǒng)搜索方法難以解決的復(fù)雜和非線性問題，課廣泛應(yīng)用于組合優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、自適應(yīng)控制、規(guī)劃設(shè)計(jì)、人工生命和圖像處理等領(lǐng)域，是二十一世紀(jì)有關(guān)智能計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)之一。遺傳算法原理及其優(yōu)點(diǎn)遺傳算法采用一定長度的數(shù)字串表示某個(gè)變量。對(duì)于多個(gè)變量的優(yōu)化問題，就將各個(gè)變量的數(shù)字串組合成在一起形成一個(gè)碼鏈，成為染色體，或稱為個(gè)體。數(shù)字串的每一個(gè)位碼，稱作基因碼簡稱基因。每個(gè)數(shù)字串都代表了優(yōu)化問題的一個(gè)解。由若干個(gè)數(shù)字串組成的集合，稱為群體，這個(gè)群體就代表優(yōu)化問題的集合。遺傳算法的基本思路是，利用數(shù)字串，模擬由遺傳算子作用于這些數(shù)字串組成的

群體的進(jìn)化過程。遺傳算法求解過程類似于生物進(jìn)化，通過作用于染色體上的基因，尋找好的染色體來求解優(yōu)化問題。遺傳算法是一種隨機(jī)算法，但他不是簡單地隨機(jī)移動(dòng)，它能夠有效地利用已有個(gè)體的信息來搜索那些有希望改進(jìn)優(yōu)化問題解的個(gè)體。在搜索過程中，遺傳算法需要的僅是對(duì)所產(chǎn)生每個(gè)染色體進(jìn)行評(píng)價(jià)，并基于適應(yīng)度函數(shù)值來選擇染色體，使適應(yīng)性好的染色體有更多的生存機(jī)會(huì)和繁殖機(jī)會(huì)，從而使整個(gè)群體不斷優(yōu)化并最終找到問題的全局最優(yōu)解。以往的隨機(jī)搜索算法由于效率低下而限制了其發(fā)展，遺傳算法可采用定向隨機(jī)搜索，因此大大地提高了算法的效率從而為遺傳算法在實(shí)際中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。遺傳算法具有極強(qiáng)的魯棒性，并行計(jì)算特性及自適應(yīng)搜索能力，因此有能力在一個(gè)復(fù)雜的、多極值點(diǎn)的、具有不確定性的空間尋找全局最優(yōu)。其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1） 可以快速處理非光滑甚至是離散的問題，與問題領(lǐng)域無關(guān)，且處理速度相對(duì)來說比較快。（2） 群體搜索，具有潛在的并行性，可以進(jìn)行多個(gè)個(gè)體的同時(shí)比較。（3） 不需要目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，搜索使用評(píng)價(jià)函數(shù)啟發(fā)，可以通過適應(yīng)度函數(shù)調(diào)節(jié)搜索方向，過程簡單。（4） 概率轉(zhuǎn)移準(zhǔn)則，使用概率機(jī)制進(jìn)行迭代，具有隨機(jī)性。（5） 可擴(kuò)展性強(qiáng)，容易與其他算法結(jié)合。4.3.3采用遺傳算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)效率優(yōu)化光伏發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化問題本質(zhì)上也是一個(gè)非線性問題，尤其是非線性尋優(yōu)問題，而本章節(jié)只是嘗試大膽的將遺傳算法應(yīng)用到光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率最優(yōu)化問題中，但是并不完善。對(duì)于3.3節(jié)中的模型，最后想到最大功率，需進(jìn)一步求解：首先，對(duì)式（a-1）取微分：dI（V）_ I（V）—axl — max （b-1）dV bx（yxa+1-y）xVmax式（a-1）兩邊同乘以電壓V得到P-V特征等式：P—VP—VxI(V)=axVxl -axVxlxexpbx(yxa+1-y)xV bmax（b-2）其中，P為光伏陣列的總輸出功率。對(duì)式（b-2）取微分，得到：dP=［?* Px（1-axl/i） （b3）dVbx（yxa+1-y）xVmaxaxl+expV1axl+expV1 op ——bx(yxa+1-y)xV bmax-axl- —maxbx(yxa+1-y)xVmax（b-4）要想求出最大功率和電壓，需求解方程（b-4），而方程（b-4）為指數(shù)方程，不易求解，想要得到方程的解，一般要經(jīng)過冗長的迭代，而且容易由于初始值選取不當(dāng)而不收斂，得不到想要的功率值和電壓值［22］本章試著采用具有很強(qiáng)尋優(yōu)能力的軟件1st0pt，從任意隨機(jī)初始值開始，均能得到正確結(jié)果；其次采用遺傳算法總能保證保留最好的染色體，從而得到最優(yōu)化的結(jié)果［23］。本節(jié)提出的基于遺傳算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的優(yōu)化，將遺傳算法應(yīng)用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率優(yōu)化中。遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程而形成的一種自適應(yīng)全局化概率搜索算法。它是將問題的求解表示成“染色體”，將其置于問題的環(huán)境中，根據(jù)適者生存的原則，從中選擇出適應(yīng)環(huán)境的“染色體”進(jìn)行復(fù)制，即再生，通過交叉、變異兩種基因操作產(chǎn)生出新一代更適合環(huán)境的“染色體”群，這樣一代代不斷改進(jìn)，最后收斂到一個(gè)最適合環(huán)境的個(gè)體上，求得問題的最佳解。由于最好的染色體不一定出現(xiàn)在最后一代，開始時(shí)保留更好的染色體，如果在新的種群又發(fā)現(xiàn)更好的染色體，則用它代替原來的染色體，進(jìn)化完成后，這個(gè)染色體可看作是最優(yōu)化的結(jié)果。光伏發(fā)電系統(tǒng)效率優(yōu)化實(shí)際上就是求最優(yōu)的過程，利用遺傳算法求最優(yōu)。由于該方法大多參考，所以其仿真結(jié)果暫時(shí)沒有。五全文總結(jié)及展望進(jìn)入新世紀(jì)以來，能源問題日益突出，綠色環(huán)保成為能源發(fā)展的主流。其中，太陽能以其獨(dú)有的優(yōu)勢成為人們關(guān)注的焦慮。豐富的太陽輻射能，是取之不盡、用之不竭、無污染、廉價(jià)的能源。光伏發(fā)電系統(tǒng)為新能源的利用開辟了一個(gè)嶄新的領(lǐng)域。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，光伏電池是最基本的環(huán)節(jié)，若要提高整個(gè)系統(tǒng)的效率必須提高光伏電池的轉(zhuǎn)換效率，使其輸出功率為最大功率。本文結(jié)合相關(guān)課題，在光伏發(fā)電系統(tǒng)效率優(yōu)化的問題上進(jìn)行了一系列的理論和實(shí)驗(yàn)研究，主要工作內(nèi)容總結(jié)如下：CD在詳細(xì)分析了光伏電池板工作原理的基礎(chǔ)上，給出了光伏電池模型，光伏電池的輸出功率特性，不同光照下功率輸出曲線，以及一系列的基本電路，對(duì)于一些仿真模型并沒有給出，只是在前期的實(shí)驗(yàn)中，知道大體的輪廓。同時(shí)也表明：光伏電池既非恒壓源，也非恒流源，它不可能為負(fù)載提供任意大的功率；光伏電池特性具有強(qiáng)烈的非線性，并且其輸出功率受到日照等周圍環(huán)境因素的影響。(2)分析了目前幾種光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率跟蹤方法，比較了各自的優(yōu)缺點(diǎn)，提到了在實(shí)驗(yàn)室110W光伏電池參數(shù)的基礎(chǔ)上，采用擾動(dòng)觀察法，對(duì)光伏發(fā)電系— ■、, 、 .P、..—.，一 . ,一統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，得出仿真結(jié)果表明在最大功率點(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生功率損失。在光伏電池模型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于遺傳算法的光伏發(fā)電系統(tǒng)效率的優(yōu)化算法，將遺傳算法用在光伏發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化問題中。遺傳算法是將問題的求解表示成“染色體”，將其置于問題的“環(huán)境中”中，根據(jù)適者生存的原則，從中選擇出適應(yīng)環(huán)境的“染色體”進(jìn)行復(fù)制，即再生，通過交叉、變異兩種基因操作產(chǎn)生出新一代更適合環(huán)境的“染色體”群，這樣一代代不斷改進(jìn)，最后收斂到一個(gè)最適合環(huán)境的個(gè)體上，求得問題的最佳解。當(dāng)然，對(duì)于實(shí)驗(yàn)這塊還是很薄弱，正在摸索中。光伏系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)它的研究不僅需要掌握深厚的理論基礎(chǔ)，而且需要解決多科學(xué)之間的交叉問題。雖然光伏發(fā)電系統(tǒng)在國內(nèi)外都有一定的應(yīng)用，但是仍然存在很多技術(shù)性問題?，F(xiàn)在我做的工作很少，還有很多工作需要改進(jìn)和完善比如光伏系統(tǒng)中的孤島效應(yīng)問題和更可靠的控制方法等等。所以在今后的工作中，還要不斷實(shí)驗(yàn)研究，也希望老師能給出一些好的指導(dǎo)建議。參考文獻(xiàn)王文靜主編.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告[R].北京：中國可再生能源發(fā)展項(xiàng)目辦公室，2004.馬勝紅，趙玉文.光伏發(fā)電在我國電力能源結(jié)構(gòu)中的戰(zhàn)略地位和未來發(fā)展方向[J].太陽能，2005(4):10-16.EuropeanPhotovoltaicIndustryAssociationRenewableEneryHouse.GlobalMarketOutlookforPhotovoltaicsuntil2013[EB/OL].[2008-04-01].http://www.epia.org/.李曉剛.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].吉林大學(xué)博士論文，2007-6.信息產(chǎn)業(yè)部電子科技委.太陽能光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告[J].中國集成電路，2008.17(6):10-24.趙玉文，吳達(dá)成，王斯成等.中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告(2006-2007)[J].太陽能，2008(6):11-