Nhận dạng thông số pin mặt trời dùng giải thuật tối ưu nâng cao p4

31 Chương 4 XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ PIN MẶT TRỜI DÙNG GIẢI THUẬT MJA 4 1 Đặt vấn đề Trong chương 2 chúng ta đã mô hình hóa các tham số đặc tính của pin mặt trời Với mô hình tương đương diode đơn được mô tả bởi năm tham số x , , , ,PH SD S SHI I R R n (2 11) và bảy tham số cho mô hình tương đương diode kép (2 14) 1 2 1 2x , , , , , ,PH SD SD S SHI I I R R n n Các tham số này có thể được xác định trên cơ sở các dữ liệu thực nghiệm ( ),L LV I được thu thập từ hệ thống thực và xử lý bằng cách tối thiểu.

Chương XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ PIN MẶT TRỜI DÙNG GIẢI THUẬT MJA 4.1 Đặt vấn đề Trong chương mơ hình hóa tham số đặc tính pin mặt trời Với mơ hình tương đương diode đơn mô tả năm tham số x I PH , I SD , RS , RSH , n (2.11) bảy tham số cho mơ hình tương đương diode kép (2.14) x I PH , I SD1 , I SD , RS , RSH , n1 , n2 Các tham số xác định sở liệu thực nghiệm (VL , I L ) thu thập từ hệ thống thực xử lý cách tối thiểu hóa hàm mục tiêu Chúng tơi sử dụng độ lệch chuẩn (RMSE) làm tiêu chí xác định phương trình sau: N E N fi VL , I L , x (4.1) i Ở đây, N số lượng liệu thực nghiệm Giá trị f tính cho cặp liệu thực nghiệm với mơ hình tương đương diode (4.2) mơ hình tương đương diode kép (4.3) f VL , I L , x IL I PH I SD exp f VL , I L , x IL I PH I SD1 exp I SD exp q VL RS I L nkT q VL RS I L n1kT q VL x RS I L RSH 1 VL RS I L RSH I PH , I SD , RS , RSH , n I PH , I SD1 , I SD , RS , RSH , n1 , n2 cho bảng 4.1 theo [14] Bảng 4.1 Giới hạn tham số pin mặt trời Tham số I PH ( A) I SD (  A) RS (  ) RSH (  ) n Giới hạn Giới hạn 0 0 1 0,5 100 31 (4.2) (4.3) RS I L n2 kT Trong giới hạn giới hạn x VL 4.2 Mã chương trình thuật tốn MJA Các bước thuật toán MJA đề xuất sử dụng để xác định tham số tối ưu mơ hình pin mặt trời sau (Bảng 4.2) Với phương sai MSE cho phép, GEN số lần lặp tối đa, randint(1, D) số ngẫu nhiên phân phối D, với D kích thước hàm mục tiêu Từ Bảng 4.2, dễ dàng thấy thuật tốn MJA dừng q trình tìm kiếm phương sai MSE số lượng hệ tối đa GEN đạt Bảng 4.2 Mã chương trình thuật tốn MJA áp dụng tính thơng số pin mặt trời Generate the initial population x I PH , I SD1 , I SD , RS , RSH , n1 , n2 I PH , I SD , RS , RSH , n or x Evaluate the fitness for each individual in the population while(MSE is attained or MaxIter is not reached) for i = to NP jrand = randint(1, D); C = rand[0.7, 1.0]; F = rand[0.4, 1.0] Determine xbest, xworst for j = to D if rand > 0.4 then % using “JAYA” u j ,i x j ,i rand1, j x j ,i rand 2, j x j ,worst x j ,i else % using “DE/rand/1” if rand[0,1] < C or j = jrand then Select randomly r1 ≠ r2 ≠ r3≠ i, i{1,2,…,NP} 10 11 12 13 ui, j 14 15 xr1,j F ( xr 2,j xr 3,j ) else ui, j 16 17 18 19 20 xi,j end if end if end for Evaluate the trial vector ui if f (ui ) 21 xi 22 23 f (xi ) ui else xi xi 24 25 26 end if end for NPnew round NPold 27 if 28 x j ,best rNPold ( NPnew  NPold ) Assign best solutions in the current population to the NPnew solutions 32 NPold 29 30 31 32 elseif ( NPnew  NPold ) Assign only the best solution in the current population to the NPnew solutions elseif NPnew D NPnew D 33 end if 34 end while 4.3 Kết thảo luận Dữ liệu thử nghiệm I-V pin mặt trời silicon thương mại có đường kính 57 mm (R.T.C.France) thu từ hệ thống hoạt động 33 oC [40], sử dụng để đánh giá hiệu phương pháp xác định tham số dựa MJA đề xuất Để đánh giá hiệu suất phương pháp MJA, so sánh đầy đủ với phương pháp xác định tham số khác thuật toán di truyền (GA) [14], thuật tốn mơ luyện kim (SA) [20], JAYA thuật toán JAYA cải tiến (IJAYA ) [41], Thuật toán JAYA hướng dẫn hiệu suất (PGJAYA) [42], thuật tốn tiến hóa vi sai thích nghi dựa xếp hạng nâng cao (ORcr-IJADE) [24], thuật toán đàn ong nhân tạo dựa dạy học (TLABC) [23], thuật tốn tối ưu hóa bầy đàn dựa địa sinh học (BLPSO) [25], Tối ưu hóa dựa địa lý sinh học với di chuyển dựa ma trận phương sai (CMM-DE / BBO) [26], thuật tốn tối ưu hóa bầy đàn đơn giản cải tiến (MSSO) [27] thuật tốn tiến hóa cá voi lai với tiến hóa vi sai (DE-WOA) [28] 4.3.1 Kết thử nghiệm cho mơ hình diode đơn - SDM Hiệu suất thuật toán MJA để xác định năm thơng số mơ hình SDM thực Kết so sánh thuật toán MJA thuật toán khác độ lệch tốt nhất, độ lệch trung bình, độ lệch độ lệch chuẩn (Std) minh họa Bảng 4.3 Kết so sánh MJA thuật toán khác với sai số dịng tuyệt đối minh họa Hình 4.1 Các tham số tối ưu ước tính x I PH , I SD , RS , RSH , n trình bày Bảng 4.4 Kết từ Bảng 4.3, Bảng 4.4 Hình 4.1 minh chứng thuật tốn MJA cho RMSE thấp so với thuật toán khác Đặc biệt, thuật tốn MJA đề xuất có chất lượng tốt so sánh với phiên khác thuật toán JAYA JAYA thuật toán JAYA cải tiến (IJAYA) [41], thuật toán JAYA hướng dẫn hiệu suất (PGJAYA) [42] Hơn nữa, kết Bảng 4.3 cho thấy ORcr-IJADE [24], DEWOA [28] MJA đề xuất mức trung bình RMSE hiệu suất vượt trội so với thuật tốn cịn lại Nhưng độ lệch chuẩn ORcr-IJADE [24], DE-WOA [28] MJA đề xuất ghi 4.51E-17, 3.55E -17 1.99E-17 Do đó, MJA sở hữu khả hội tụ mạnh mẽ tuyệt vời việc ước tính thơng số pin mặt trời 33 Bảng 4.3 So sánh phương pháp xác định tham số khác cho SDM RMSE Method DE/BBO [26] 2016 JAYA [43] 2017 IJAYA [41] 2017 BLPSO [25] 2017 MSSO [27] 2017 DE-WOA [28] 2018 TLABC [23] 2018 ORcr-IJADE [24] 2019 PGJAYA [42] 2019 MJA Best 9.8605E-4 9.8946E-4 9.8603E-4 1.0272E-3 9.8607E-4 9.860219E-4 9.8602E-4 9.860219E-4 9.8602E-4 9.860218E-4 Worst 1.3475E−3 1.4783E−3 1.0622E−3 1.7928E−3 NA 9.860219E−4 1.0308E−3 9.860219E-4 9.8602E−4 9.860218E-4 Average 1.0486E−3 1.1617E−3 9.9204E−4 1.3139E−3 NA 9.860219E−4 9.9417E−4 9.860219E-4 9.8603E−4 9.860218E-4 Std 8.17E−5 1.88E−4 1.40E−5 2.12E−4 NA 3.55E−17 1.19E−5 4.51E-17 1.45E−9 1.99E-17 Bảng 4.4 Chi tiết kết ước tính SDM Parameters DE/BBO [26] 2016 JAYA [43] 2017 IJAYA [41] 2017 BLPSO [25] 2017 MSSO [27] 2017 DE-WOA [28] 2018 TLABC [23] 2018 ORcr-IJADE [24] 2019 PGJAYA [42] 2019 MJA I PH A 0.7608 0.7608 0.7608 0.7607 0.7608 0.7608 0.7607 0.7608 0.7608 0.7608 I SD RS A 0.3238 0.3281 0.3228 0.3662 0.3236 0.3230 0.3230 0.3230 0.3230 0.3230 0.0364 0.0364 0.0364 0.0359 0.0364 0.0364 0.0364 0.0364 0.0364 0.0364 RSH 53.8753 54.9298 53.7595 60.2845 53.7424 53.7185 53.7164 53.7185 53.7185 53.7185 n 1.4814 1.4828 1.4811 1.4939 1.4812 1.4812 1.4812 1.4812 1.4812 1.4812 RMSE 9.8605E−4 9.8946E−4 9.8603E-4 1.0272E-3 9.8607E-4 9.860219E-4 9.860220E-4 9.860219E-4 9.8602E−4 9.8602187E-4 Hình 4.1 Sai số tuyệt đối trích xuất MJA thuật tốn khác cho SDM Hình 4.2 cho thấy tốc độ hội tụ thuật toán MJA đề xuất 30 lần chạy Có thể thấy tối ưu toàn cục tốc độ hội tụ nhanh thuật tốn MJA việc ước tính tham số pin mặt trời Hình 4.3 cho thấy đặc điểm I-V liệu thực 34 nghiệm liệu ước tính MJA cho mơ hình diode đơn Nó chứng minh thơng số ước tính MJA xác Hình 4.2 Tốc độ hội tụ thuật toán MJA 30 lần chạy cho SDM Hình 4.3 Đường cong I-V liệu thực mơ hình trích xuất SDM 4.3.2 Kết thử nghiệm cho mơ hình diode kép - DDM Hiệu suất thuật toán MJA xác định bảy tham số mơ hình DDM thực Kết so sánh thuật toán MJA đề xuất với thuật toán khác độ lệch tốt nhất, độ lệch trung bình, độ lệch độ lệch chuẩn (Std) minh họa Bảng 4.5 So sánh MJA đề xuất thuật toán khác với sai số dòng tuyệt đối minh họa Hình 4.4 Các tham số tối ưu ước tính x trình bày Bảng 35 I PH , I SD1 , I SD , RS , RSH , n1 , n2 Bảng 4.5 So sánh phương pháp xác định tham số khác cho DDM RMSE Method Best Worst Average Std DE/BBO [26] 1.0088E-3 2.0589E-3 1.5487E-3 2.94E-4 JAYA [43] 9.8934E-4 1.1767E-3 1.4793E-3 1.93E-4 IJAYA [41] 9.8293E-4 1.4055E-3 1.0269E-3 9.83E-5 BLPSO [25] 1.0628E-3 1.4821E-3 1.7411E-3 1.78E-4 MSSO [27] 9.8281E-4 NA NA NA 9.824849E-4 9.860377E-4 9.8297E-4 9.15E-7 1.0012E-3 1.2116E-3 1.9826E-3 2.11E-4 9.824858E-4 NA NA NA 9.8263E-4 9.9499E-4 9.8582E-4 2.54E-6 9.824848E-4 9.860218E-4 9.8260E-4 6.46E-7 DE-WOA [28] TLABC [23] ORcr-IJADE [24] PGJAYA [42] MJA Dựa kết Bảng 4.5, Bảng 4.6 Hình 4.4, thấy hiệu suất MJA nhận giá trị RMSE nhỏ tất điều kiện độ lệch tốt nhất, độ lệch trung bình, độ lệch độ lệch chuẩn (9.824848E-4, 9.8260E-4 , 9.860218E-4, 6.46E-7, tương ứng) so với thuật toán khác Hơn nữa, kết Bảng 4.5 cho thấy ORcr-IJADE [24], DE-WOA [28], PGJAYA [38] MJA đề xuất có hiệu suất vượt trội so với thuật tốn cịn lại có giá trị RMSE RMSE tốt Nhưng mặt RMSE trung bình, MJA đề xuất tốt so với ORcr-IJADE [24], DE-WOA [28], PGJAYA [38] Bảng 4.6 Chi tiết kết ước tính DDM Approaches Parameters I PH A I SD1 A RS RSH n1 I SD A n2 DE/BBO [26] 0.7607 0.35366 0.0360 57.9882 1.4907 0.02562 1.8835 JAYA [43] 0.7607 0.00608 0.0364 52.6575 1.8436 0.31507 1.4788 IJAYA [41] 0.7601 0.00504 0.0376 77.8519 1.2186 0.75094 1.6247 BLPSO [25] 0.7608 0.27189 0.0366 61.1345 1.4674 0.43505 1.9662 MSSO [27] 0.7607 0.23493 0.03667 55.7147 1.4543 0.67159 1.9953 DE-WOA [28] 0.7608 0.22597 0.03674 55.4854 1.4510 0.74935 2.0000 TLABC [23] 0.7608 0.33673 0.0361 55.0676 1.4861 0.07173 1.9316 ORcr-IJADE [24] 0.7608 0.22597 0.03674 55.4854 1.4510 0.74935 2.0000 PGJAYA [42] 0.7608 0.21031 0.0368 55.8135 1.4450 0.88534 2.0000 0.7608 0.22597 0.03674 55.4854 1.4510 0.74935 2.0000 MJA 36 RMSE 1.0088E-3 9.8934E-4 9.8293E-4 1.0628E-3 9.8281E-4 9.824849E-4 1.0012E-3 9.824858E-4 9.8263E-4 9.824848E-4 Hình 4.4 Sai số tuyệt đối trích xuất MJA thuật toán khác cho DDM Đồ thị biểu diễn Hình 4.5 cho thấy tốc độ hội tụ thuật toán MJA đề xuất 30 lần chạy Có thể thấy tối ưu tồn cục tốc độ hội tụ nhanh thuật toán MJA việc ước tính tham số pin mặt trời Hình 4.5 Tốc độ hội tụ thuật tốn MJA 30 lần chạy DDM Trên Hình 4.6 mơ tả đường cong đặc tính I-V liệu thực nghiệm liệu ước tính thuật tốn MJA cho mơ hình diode đơn SDM 37 Hình 4.6 Đường cong I-V liệu thực mơ hình trích xuất DDM Tóm lại − Dựa số liệu so sánh trên, kết thu cho thấy độ ổn định, độ xác hiệu suất thỏa đáng mơ hình mơ tả đặc tính thực pin mặt trời − Thuật toán MJA đề xuất thực xuất sắc so với phương pháp khác công bố tài liệu Nó chứng minh MJA sử dụng hiệu cho vấn đề nhận dạng tham số mơ hình pin mặt trời khác 38 ... trình thuật tốn MJA Các bước thuật toán MJA đề xuất sử dụng để xác định tham số tối ưu mô hình pin mặt trời sau (Bảng 4.2) Với phương sai MSE cho phép, GEN số lần lặp tối đa, randint(1, D) số ngẫu... Bảng 4.2, dễ dàng thấy thuật tốn MJA dừng q trình tìm kiếm phương sai MSE số lượng hệ tối đa GEN đạt Bảng 4.2 Mã chương trình thuật tốn MJA áp dụng tính thơng số pin mặt trời Generate the initial... thích nghi dựa xếp hạng nâng cao (ORcr-IJADE) [24], thuật toán đàn ong nhân tạo dựa dạy học (TLABC) [23], thuật toán tối ưu hóa bầy đàn dựa địa sinh học (BLPSO) [25], Tối ưu hóa dựa địa lý sinh