【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及光伏發(fā)電，具體為一種光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法及系統(tǒng)。
技術介紹
1、光伏發(fā)電作為一種清潔、可再生的能源形式，在全球能源結構轉型中扮演著越來越重要的角色。隨著光伏技術的不斷進步，光伏陣列的效率和可靠性得到了顯著提升。然而，在實際應用中，光伏陣列仍面臨著諸多挑戰(zhàn)，其中最為突出的是部分遮擋和不均勻光照條件下的性能下降問題。傳統(tǒng)的固定拓撲結構光伏陣列在這些情況下往往表現(xiàn)不佳，導致系統(tǒng)整體輸出功率大幅降低。為了應對這一問題，研究者們提出了動態(tài)重構技術，通過實時調整光伏陣列的連接方式來優(yōu)化系統(tǒng)性能。早期的動態(tài)重構方法主要基于預設規(guī)則或簡單的啟發(fā)式算法，雖然在某些情況下能夠改善系統(tǒng)性能，但仍存在響應速度慢、適應性差等不足。
2、隨著人工智能和大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，基于機器學習的光伏陣列動態(tài)重構方法逐漸成為研究熱點。這些方法通過分析大量歷史數(shù)據(jù)，建立復雜的數(shù)學模型來預測最優(yōu)重構策略。然而，現(xiàn)有的智能重構方法仍存在一些局限性：首先，大多數(shù)方法需要大量的計算資源和復雜的中央控制系統(tǒng)，難以在實際工程中廣泛應用；其次，這些方法往往忽視了光伏陣列中各個組件的實時狀態(tài)，無法快速響應局部環(huán)境變化；再者，現(xiàn)有方法在處理大規(guī)模光伏陣列時的可擴展性不足，難以滿足不同規(guī)模光伏電站的需求。此外，現(xiàn)有技術在陰影檢測的準確性和重構策略的優(yōu)化方面仍有提升空間，特別是在復雜多變的環(huán)境條件下，難以實現(xiàn)真正的自適應控制。
技術實現(xiàn)思路
1、鑒于上述存在的問題，提出了本專利技術。
2、因此，本專
3、為解決上述技術問題，本專利技術提供如下技術方案：一種光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，包括：采集光伏陣列的相關數(shù)據(jù)，邊緣端初步分析相關數(shù)據(jù)，識別光伏面板狀態(tài)；通過擾動觀察法對每個光伏面板進行mppt控制；光伏陣列端通過聚類分析進行陰影檢測，評估光伏陣列狀態(tài)并做進行動態(tài)重構。
4、作為本專利技術所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述相關數(shù)據(jù)包括光照數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)拓撲和重構狀態(tài)數(shù)據(jù)。
5、作為本專利技術所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述邊緣端對應單個光伏面板，負責數(shù)據(jù)的采集并計算性能比判斷光伏面板狀態(tài)，表示為：
6、
7、其中，pr表示性能比；p表示輸出功率；g表示光照強度；p0表示光伏面板標稱功率；計算當前pr與過去7天同時段平均pr的差異率cz，以及當前面板pr與相鄰面板平均pr的差異率cx，當cz＜-20％且cx＞-20％時，判斷為陰影遮擋；當cz＜-20％且cx＜-20％時，判斷為光伏面板故障，立即隔離光伏面板，向光伏陣列端發(fā)送故障告警；當cz＞-20％且cx＜-20％時，判斷為光伏面板長期低功率，不采取隔離措施，向光伏陣列端發(fā)送故障告警。
8、作為本專利技術所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述mppt控制包括，邊緣端通過擾動觀察法進行mppt控制，實時調整光伏面板工作點，根據(jù)采集的電壓v(k)和電流i(k)計算功率p(k)，對電壓進行小幅度擾動，采集擾動后的電壓v(k+1)和電流i(k+1)計算擾動后的功率p(k+1)，比較功率和擾動后的功率，決定下一步的擾動方向，表示為：
9、δp＝p(k+1)-p(k)
10、δv＝v(k+1)-v(k)
11、其中，ap表示功率擾動變化；δv表示電壓擾動變化；當ap/δv＞0時，v(k+2)＝v(k+1)+δv；當ap/δv＜0時，v(k+2)＝v(k+1)-δv；步長通過自適應機制調節(jié)，在遠離最大功率點時步長增大，接近最大功率點時步長減小，表示為：
12、δv(k+1)＝δv(k)×(1+α×|δp/δv|)
13、其中，α表示步長調節(jié)參數(shù)；定期向光伏陣列端上傳光伏面板的電壓、電流、功率、溫度、mppt效率和累計能量輸出數(shù)據(jù)。
14、作為本專利技術所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述陰影檢測包括，綜合光伏陣列所有面板的輸出情況，當存在陰影遮擋或長期低功率的面板時，通過聚類算法進行光伏陣列的陰影檢測識別，根據(jù)光伏陣列中每個邊緣端上傳的數(shù)據(jù)，計算每個面板的電壓電流偏差率和溫度偏差，表示為：
15、
16、
17、td＝t-te
18、其中，vd表示電壓偏差率；v表示光伏面板電壓；v0表示光伏面板標稱電壓；id表示電流偏差率；i表示光伏面板電流；i0表示光伏面板標稱電流；td表示溫度偏差；t表示光伏面板溫度；te表示環(huán)境溫度；
19、為每個光伏面板創(chuàng)建一個四維特征向量
20、設定聚類數(shù)k＝3，代表無陰影、部分陰影和全部陰影，初始化中心點，將每個面板分配到最近的中心點：
21、cluster(i)＝argminj||xi-cj||2
22、其中，cluster(i)表示面板i被分配到的聚類編號；xi表示面板i的特征向量；cj表示聚類j的中心點；重新計算每個聚類的中心點：
23、
24、其中，clusterj表示聚類j；當中心點移動小于設置的閾值或達到最大迭代次數(shù)時終止迭代，根據(jù)聚類中心的pr值對聚類進行排序，根據(jù)pr值由高到低標記為無陰影、部分陰影和全部陰影；創(chuàng)建光伏面板位置矩陣，記錄每個光伏面板的行列位置，對于聚類中的每個面板，檢查相鄰面板并計算同屬一個聚類的相鄰面板比例，計算每個聚類內部面板的空間連續(xù)性得分，表示為：
25、
26、其中，sk表示空間連續(xù)性得分；nj表示同聚類j相鄰面板數(shù)；n表示總相鄰面板數(shù)；當sk＞0.7時，聚類j陰影判斷的置信度增加z1；保存最近3個時間點的聚類結果，當連續(xù)3次聚類結果相同時，陰影判斷的置信度增加z2；對于每個聚類j的基礎置信度，計算光伏陣列中所有面板pr的整體平均值，計算聚類中心j的平均pr與整體平均值之間的絕對差值，將絕對差值歸一化作為基礎置信度z0，總置信度z＝z0+z1+z2，當z＜0.8時判斷為聚類置信度過低重新進行聚類，當z≥0.8時生成光伏陣列陰影狀態(tài)報告，輸出每個面板的陰影狀態(tài)和各陰影狀態(tài)的面板數(shù)量及占比，并結合創(chuàng)建的光伏面板位置矩陣將聚類結果可視化。
27、作為本專利技術所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：所述動態(tài)重構包括，當檢測到故障光伏面板故障或陰影時，進行動態(tài)重構，根據(jù)陰影檢測標記的部分陰影和全部陰影，將受陰影影響的光伏面板分為部分陰影組和全部陰影組，在每個陰影組內將光伏面板并聯(lián)連接，將邊緣端判斷為故障的光伏面板從串聯(lián)組中移除并單獨隔離；對于無陰影的光伏面板，按pr值降序排列所有面板，從高pr值開始，逐個將面板分配到串聯(lián)組中，直到達到電壓上限或光伏面板用完，若達到電壓上限時還有剩余光伏面板則開始新的串聯(lián)本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述相關數(shù)據(jù)包括光照數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)拓撲和重構狀態(tài)數(shù)據(jù)。
3.如權利要求2所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述邊緣端對應單個光伏面板，負責數(shù)據(jù)的采集并計算性能比判斷光伏面板狀態(tài)，表示為：
4.如權利要求3所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述MPPT控制包括，邊緣端通過擾動觀察法進行MPPT控制，實時調整光伏面板工作點，根據(jù)采集的電壓V(k)和電流I(k)計算功率P(k)，對電壓進行小幅度擾動，采集擾動后的電壓V(k+1)和電流I(k+1)計算擾動后的功率P(k+1)，比較功率和擾動后的功率，決定下一步的擾動方向，表示為：
5.如權利要求4所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述陰影檢測包括，綜合光伏陣列所有面板的輸出情況，當存在陰影遮擋或長期低功率的面板時，通過聚類算法進行光伏陣列的陰影檢測識別，根據(jù)光伏陣列中每個邊緣端上傳的數(shù)據(jù)，計算每個面板
6.如權利要求5所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述動態(tài)重構包括，當檢測到故障光伏面板故障或陰影時，進行動態(tài)重構，根據(jù)陰影檢測標記的部分陰影和全部陰影，將受陰影影響的光伏面板分為部分陰影組和全部陰影組，在每個陰影組內將光伏面板并聯(lián)連接，將邊緣端判斷為故障的光伏面板從串聯(lián)組中移除并單獨隔離；
7.如權利要求6所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述動態(tài)重構還包括，定義無陰影光伏面板的領域操作為交換兩個無陰影面板的位置和將一個無陰影面板移動到另一串聯(lián)組，將總輸出功率作為主要目標，串間性能平衡度作為次要目標構建適應度函數(shù)，表示為：
8.一種采用如權利要求1～7任一所述方法的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制系統(tǒng)，其特征在于，包括，
9.一種計算設備，包括：存儲器和處理器；
10.一種計算機可讀存儲介質，其存儲有計算機可執(zhí)行指令，該計算機可執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)權利要求1至7任一項所述的方法的步驟。
...【技術特征摘要】
1.一種光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述相關數(shù)據(jù)包括光照數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、電氣數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)拓撲和重構狀態(tài)數(shù)據(jù)。
3.如權利要求2所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述邊緣端對應單個光伏面板，負責數(shù)據(jù)的采集并計算性能比判斷光伏面板狀態(tài)，表示為：
4.如權利要求3所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述mppt控制包括，邊緣端通過擾動觀察法進行mppt控制，實時調整光伏面板工作點，根據(jù)采集的電壓v(k)和電流i(k)計算功率p(k)，對電壓進行小幅度擾動，采集擾動后的電壓v(k+1)和電流i(k+1)計算擾動后的功率p(k+1)，比較功率和擾動后的功率，決定下一步的擾動方向，表示為：
5.如權利要求4所述的光伏陣列動態(tài)重構自適應控制方法，其特征在于：所述陰影檢測包括，綜合光伏陣列所有面板的輸出情況，當存在陰影遮擋或長期低功率的面板時，通過聚類算法進行光伏陣列的陰影檢測識別，根據(jù)光伏陣列中每...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王吉超，鄭權，史立志，劉暢，尹喆，劉志強，喬寬，安楠，常曉勇，梁永根，馮健行，由梓默，
申請(專利權)人：華能新能源股份有限公司河北分公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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