Метод, основанный на эффекте инея, для улучшения MPPT в фотоэлектрических системах при частичном затенении

Аккумуляторная батарея Trojan T145

Ученые из Китая усовершенствовали метод оптимизации RIME, взяв за основу процесс образования инея в природе. Они сравнили его с другими алгоритмами MPPT и обнаружили, что он работает быстрее и повышает выходную мощность.

Исследователи из Сельскохозяйственного университета Шэньяна в Китае разработали новый метод отслеживания точки максимальной мощности (MPPT) для фотоэлектрических систем, работающих в условиях частичного затенения.

Их новый метод представляет собой усовершенствованный алгоритм оптимизации RIME, который имитирует процесс развития инея в природе. Их усовершенствованный алгоритм RIME (IRIME) был продемонстрирован и сравнен с двумя другими алгоритмами — оптимизацией роя частиц (PSO)-MPPT и RIME-MPPT.

«Исследование IRIME-MPPT предлагает новые решения для оптимальной работы фотоэлектрических систем. Предложенный метод быстро адаптируется к колебаниям окружающей среды и определяет точку максимальной мощности (MPP) за короткое время, — заявили учёные. — Он обладает адаптивными регулирующими свойствами, быстро стабилизирует своё состояние и значительно снижает колебания вблизи точки MPP в фотоэлектрических системах, тем самым повышая стабильность системы. Кроме того, алгоритм обладает мощными возможностями глобального и локального поиска, которые позволяют точно определять максимальную мощность в сложных условиях».

Оригинальный RIME был представлен в 2023 году и применялся в различных областях. Он использует аналогию с изморозью, чтобы сбалансировать возможности разведки и эксплуатации. То есть, проводя различие между мягкой и твёрдой изморозью: в то время как первая образуется медленно и хаотично и поэтому аналогична возможностям разведки, вторая образуется быстро и целенаправленно и поэтому аналогична сужению круга решений на основе перспективных областей.

«В нашем исследовании подробно рассматриваются улучшения алгоритма оптимизации RIME в трёх аспектах, — пояснили учёные. — Во-первых, начальная популяция создаётся с помощью логического подхода к отображению, который обеспечивает равномерное распределение особей в области решений, тем самым эффективно повышая разнообразие популяции. Во-вторых, за счёт разработки правил покомпонентного отображения снижается зависимость алгоритма от параметров, что повышает его надёжность. Наконец, вводится понятие инерционного веса, который динамически корректируется в соответствии с количеством итераций для повышения скорости сходимости и стабильности алгоритма.

Чтобы протестировать новый алгоритм IRIME, команда смоделировала пять последовательно соединённых фотоэлектрических панелей в сравнении с PSO-MPPT и RIME-MPPT. Тестирование проводилось в программе для моделирования MATLAB. В первом случае при равномерном освещении температура была установлена на 25 °C, а все панели получали излучение 1000 Вт/м². В сценарии затенения температура была установлена на уровне 25 °C, а интенсивность излучения на панель составляла 800 Вт/м², 800 Вт/м², 600 Вт/м², 600 Вт/м² и 400 Вт/м².

В следующем сценарии внезапных изменений освещенности температура также оставалась постоянной на уровне 25 °C, но в течение первых 0,6 с освещенность составляла 1000 Вт/м2, 1000 Вт/м2, 800 Вт/м2, 800 Вт/м2 и 600 Вт/м2; на следующем этапе она изменилась до 800 Вт/м2, 800 Вт/м2, 600 Вт/м2, 600 Вт/м2 и 500 Вт/м2 соответственно. В последнем сценарии с резкими изменениями как освещения, так и температуры температура в первые 0,6 секунды составляла 35 °C, а на втором этапе — 25 °C. Исходная интенсивность излучения составляла 1000 Вт/м2, 1000 Вт/м2, 800 Вт/м2, 800 Вт/м2 и 600 Вт/м2, а затем была изменена на 800 Вт/м2, 800 Вт/м2, 600 Вт/м2, 600 Вт/м2 и 400 Вт/м2.

«По сравнению с PSO-MPPT и RIME-MPPT, предложенный метод сократил среднее время отслеживания на 0,085 секунды и 0,425 секунды соответственно. Кроме того, с точки зрения максимальной выходной мощности предложенный метод в среднем улучшил показатели на 0,97% и 3,48% по сравнению с вышеупомянутыми методами соответственно», — показали результаты. «В частности, при моделировании фотоэлектрических систем в условиях различной освещённости и температуры предлагаемый метод неизменно даёт наилучшие результаты, подтверждая свою эффективность, стабильность и быструю сходимость в стратегиях MPPT для фотоэлектрических систем».

Новый алгоритм был представлен в статье «Улучшенный алгоритм оптимизации RIME на основе метода отслеживания максимальной мощности для фотоэлектрических систем в условиях частичного затенения», опубликованной в Scientific Reports.