一種基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制方法，該方法包括以下步驟：(1)選擇太陽光輻射度、環(huán)境溫度作為輔助變量，選擇光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓作為關(guān)鍵狀態(tài)變量；(2)根據(jù)選擇的輔助變量和關(guān)鍵狀態(tài)變量建立樣本數(shù)據(jù)庫；(3)利用樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，確定最小二乘支持向量機(jī)的模型結(jié)構(gòu)；(4)利用步驟(3)得到的最小二乘支持向量機(jī)模型對(duì)關(guān)鍵狀態(tài)變量進(jìn)行預(yù)測(cè)；(5)利用步驟(4)得到的關(guān)鍵狀態(tài)變量預(yù)測(cè)值對(duì)恒電壓控制法的參考電壓值進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)的準(zhǔn)確、快速跟蹤控制。
【專利說明】一種基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光伏發(fā)電利用研究領(lǐng)域，特別涉及一種基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球范圍內(nèi)化石能源消耗量的急劇增加，世界性的能源危機(jī)已經(jīng)來臨?；茉吹拇笠?guī)模開發(fā)和利用，也給人類賴以生存的自然環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。能源已經(jīng)成為人類社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與地球生態(tài)環(huán)境保護(hù)的瓶頸問題?？稍偕茉吹拈_發(fā)和利用引起了全世界的廣泛關(guān)注，其中太陽能具有取之不盡、用之不竭、分布廣泛、清潔無污染等一系列優(yōu)勢(shì)，是解決世界能源危機(jī)和環(huán)境污染最可靠和行之有效的綠色能源。因此，光伏發(fā)電技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]然而光伏陣列輸出特性易受太陽光輻射度、光伏陣列工作溫度等外部因素的影響，呈強(qiáng)烈的非線性特性，導(dǎo)致光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出功率極不穩(wěn)定。為了進(jìn)一步提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和發(fā)電利用率，降低系統(tǒng)成本，就必須根據(jù)外部環(huán)境的變化而實(shí)時(shí)調(diào)整光伏陣列的工作點(diǎn)，使其一直穩(wěn)定在最大功率點(diǎn)附近。
[0004]傳統(tǒng)的光伏發(fā)電最大功率點(diǎn)跟蹤控制大部分基于干擾觀測(cè)法，采用干擾觀測(cè)法來不斷調(diào)整輸出電壓值，但是無法準(zhǔn)確判斷光伏陣列輸出功率變化是由擾動(dòng)還是由外界環(huán)境的變化而引起，所以在太陽光輻射度劇烈變化情況下，容易發(fā)生誤跟蹤現(xiàn)象，從而造成最大功率跟蹤控制系統(tǒng)性能下降，系統(tǒng)能量損失。
[0005]因此，需要一種新的最大功率點(diǎn)跟蹤控制方法解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制方法，該方法利用最小二乘支持向量機(jī)對(duì)最大工作點(diǎn)電壓進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)，并將預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)恒電壓控制法的參考電壓進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)的準(zhǔn)確跟蹤控制。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明可采用如下技術(shù)方案:一種基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制方法，步驟包括:1)選取能直接測(cè)量且與光伏發(fā)電過程密切相關(guān)的太陽光輻射度和環(huán)境溫度作為最小二乘支持向量機(jī)回歸模型的輸入向量，選擇最小二乘支持向量機(jī)模型的輸出向量為光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓，之后執(zhí)行步驟2)；
[0008]2)建立樣本數(shù)據(jù)庫，采集晴、多云、霧天太陽光輻射度和環(huán)境溫度、光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓，構(gòu)造輸入輸出向量對(duì)的集合，生成靜態(tài)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)庫，其中輸入向量為太陽光輻射度和環(huán)境溫度，輸出向量為光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓，之后執(zhí)行步驟3)；
[0009]3)建立最小二乘支持向量機(jī)模型，將從步驟2)得到訓(xùn)練樣本映射到高維核空間中，選擇核函數(shù)，采用k_折交叉驗(yàn)證法確定最小二乘支持向量機(jī)模型的最優(yōu)參數(shù)，之后執(zhí)行步驟4);[0010]4)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)，利用已訓(xùn)練好的最小二乘支持向量機(jī)模型，根據(jù)當(dāng)前測(cè)量的太陽光輻射度和環(huán)境溫度，獲得光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)值，之后執(zhí)行步驟5);
[0011]5)利用步驟4)的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)恒電壓控制法的參考電壓進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)的準(zhǔn)確跟蹤控制。
[0012]步驟3)所述的最小二乘支持向量機(jī)模型最優(yōu)參數(shù)的確定按以下步驟進(jìn)行:
[0013]選擇高斯核函數(shù)K(x, X) = exp (- | x_xk | 22 σ 2)作為核函數(shù),將歸一化后的訓(xùn)練樣本{xk，yk}隨機(jī)分為k個(gè)子集S1, S。, L，Sk，各子集中的元素個(gè)數(shù)可以不等；然后給定最小二乘支持向量機(jī)的初始參數(shù)值YO A，分別使用k-1個(gè)子集對(duì)最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，并用剩下的集合作為測(cè)試集，分別對(duì)k-Ι個(gè)最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行測(cè)試，得到k-Ι個(gè)最小二乘支持向量機(jī)輸出值先，毛丄Xk并分別計(jì)算平方和誤差
【權(quán)利要求】
1.一種基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制方法，其特征在于步驟包括: 1)選取能直接測(cè)量且與光伏發(fā)電過程密切相關(guān)的太陽光輻射度和環(huán)境溫度作為最小二乘支持向量機(jī)回歸模型的輸入向量，選擇最小二乘支持向量機(jī)模型的輸出向量為光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓，之后執(zhí)行步驟2)； 2)建立樣本數(shù)據(jù)庫，采集晴、多云、霧天太陽光輻射度和環(huán)境溫度、光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓，構(gòu)造輸入輸出向量對(duì)的集合，生成靜態(tài)訓(xùn)練樣本數(shù)據(jù)庫，其中輸入向量為太陽光輻射度和環(huán)境溫度，輸出向量為光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓，之后執(zhí)行步驟3)； 3)建立最小二乘支持向量機(jī)模型，將從步驟2)得到訓(xùn)練樣本映射到高維核空間中，選擇核函數(shù)，采用k-折交叉驗(yàn)證法確定最小二乘支持向量機(jī)模型的最優(yōu)參數(shù)，之后執(zhí)行步驟4)； 4)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)，利用已訓(xùn)練好的最小二乘支持向量機(jī)模型，根據(jù)當(dāng)前測(cè)量的太陽光輻射度和環(huán)境溫度，獲得光伏發(fā)電系統(tǒng)最大工作點(diǎn)電壓的預(yù)測(cè)值，之后執(zhí)行步驟5)； 5)利用步驟4)的預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)恒電壓控制法的參考電壓進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電系統(tǒng)最大功率點(diǎn)的準(zhǔn)確跟蹤控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于最小二乘支持向量機(jī)的最大功率跟蹤控制方法，其特征在于，步驟3)所述的最小二乘支持向量機(jī)模型最優(yōu)參數(shù)的確定按以下步驟進(jìn)行: 選擇高斯核函數(shù)K(x, X) = exp (- x-xk |22σ2)作為核函數(shù),將歸一化后的訓(xùn)練樣本Ixk，YkI隨機(jī)分為k個(gè)子集S1, S2，L, Sk，各子集中的元素個(gè)數(shù)可以不等；然后給定最小二乘支持向量機(jī)的初始參數(shù)值Y O, CT02，分別使用k-Ι個(gè)子集對(duì)最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練，并用剩下的集合作為測(cè)試集，分`別對(duì)k-Ι個(gè)最小二乘支持向量機(jī)進(jìn)行測(cè)試，得到k-Ι個(gè)最小二乘支持向量機(jī)輸出值尤,毛，L，毛，并分別計(jì)算平方和誤差

_x/)2 / - 1,2,L ,k — \
V kA M 調(diào)整最小的Ei所對(duì)應(yīng)的最小二乘支持向量機(jī)參數(shù)為Y 1; σ按此迭代k次則確定最小二乘支持向量機(jī)的最優(yōu)參數(shù)值，選取k = 5，將訓(xùn)練集隨機(jī)分為5個(gè)子集，對(duì)每個(gè)子集按照min./(cO =的原則進(jìn)行迭代，選定目標(biāo)函數(shù)最小值所對(duì)應(yīng)的參數(shù)為最小二乘支
/-1 k — I持向量機(jī)最優(yōu)參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G05F1/67GK103823504SQ201410105280
【公開日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】蔡紀(jì)鶴, 李蓓, 俞霖 申請(qǐng)人:常州工學(xué)院