分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)及智能集群控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，尤其涉及一種分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)及智能 集群控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 偏遠(yuǎn)地區(qū)高速公路沿線的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電子抓拍系統(tǒng)、測速雷達(dá)等需要解決供 電的問題，如果使用低壓輸電線路傳輸，由于線路很長，線損過大，線路終端電壓會(huì)嚴(yán)重低 于標(biāo)準(zhǔn)值，無法使用；在解決前述裝置的供電問題時(shí)，分布式光伏發(fā)電有著不可替代的優(yōu) 勢，它可以避免進(jìn)行長距離、低壓、小負(fù)載輸電的問題，采用分布式光伏發(fā)電，不僅能有效節(jié) 約偏遠(yuǎn)地區(qū)高速公路拉設(shè)電網(wǎng)供電的投入成本以及終端電壓嚴(yán)重偏低的問題，還能滿足偏 遠(yuǎn)地區(qū)公路沿線其它用電負(fù)荷的需要。
[0003] 與常規(guī)的集群陣列式光伏發(fā)電系統(tǒng)相比，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)具有如下明顯區(qū) 另IJ :多個(gè)控制單元分布于高速公路沿線，地理跨度較大，不同位置處的控制單元所處環(huán)境差 異較大；
[0004] 若采用常規(guī)控制方法（如擾動(dòng)法、電導(dǎo)法）來對(duì)每塊光伏板進(jìn)行獨(dú)立控制，會(huì)使得 光伏板的最大輸出功率長期處于動(dòng)態(tài)搜索過程中，不僅動(dòng)態(tài)搜索時(shí)間長，而且功率波動(dòng)大， 從而造成元器件沖擊大、輸出功率穩(wěn)定性較差等問題，這對(duì)光伏板的工作效率、使用壽命等 方面將會(huì)帶來一定的負(fù)面影響；
[0005] 另一方面，由于分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)所轄的多個(gè)控制單元之間地理跨度較大，因 此存在著光照度和溫度多模態(tài)的問題；所謂多模態(tài)，主要是指在同一時(shí)段，分布式光伏發(fā)電 系統(tǒng)中的不同光伏板所受到的平均光照度和溫度不同，使得其工作狀態(tài)不同，例如，建設(shè)在 山區(qū)高速公路沿線的分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，由于山區(qū)氣候復(fù)雜多變，云層遮擋等多種原因， 使得高速公路沿線的光伏板上的平均光照度和溫度存在著較大差異，因此，存在著光照度 和溫度多模態(tài)的問題；現(xiàn)有的控制手段在對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，沒有考慮前 述的多模態(tài)問題，對(duì)處于不同光照度和溫度條件下的光伏板均采用相同的控制策略，從而 造成最大功率點(diǎn)的搜索精度不高，控制效果不甚理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明提出了一種分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其創(chuàng)新在于：所 述分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)包括多個(gè)控制單元和集中控制器，多個(gè)控制單元均與集中控制器通 信連接；集中控制器包括分類模塊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，分類模塊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊連接；單個(gè) 控制單元包括光伏板、微控器、光照度傳感器和溫度傳感器，單個(gè)控制單元內(nèi)的光伏板、光 照度傳感器和溫度傳感器均與對(duì)應(yīng)的微控器電氣連接；
[0007] 所述光照度傳感器能對(duì)相應(yīng)光伏板所處位置處的光照度進(jìn)行檢測；所述溫度傳感 器能對(duì)相應(yīng)光伏板所處位置處的溫度進(jìn)行檢測；同一控制單元對(duì)應(yīng)的光照度和溫度簡記為 環(huán)境參數(shù)，各個(gè)控制單元能將各自對(duì)應(yīng)的環(huán)境參數(shù)發(fā)送至分類模塊；
[0008] 所述分類模塊內(nèi)預(yù)存有三個(gè)功率類別，三個(gè)功率類別分別對(duì)應(yīng)低功率狀態(tài)、中等 功率狀態(tài)和高功率狀態(tài)；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊內(nèi)預(yù)設(shè)有三個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，三個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與三個(gè) 功率類別一一對(duì)應(yīng)；分類模塊收到環(huán)境參數(shù)后，采用模糊分類方法對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分類處 理并獲得當(dāng)前環(huán)境參數(shù)對(duì)應(yīng)的功率類別，然后，分類模塊按功率類別將環(huán)境參數(shù)輸出至對(duì) 應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行處理后獲得相應(yīng)的最大功率值并將最大功率值發(fā) 送至相應(yīng)的微控器；
[0009] 所述微控器既能根據(jù)最大功率值來對(duì)光伏板的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，也能采用擾動(dòng) 法或電導(dǎo)法來對(duì)光伏板的輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)；
[0010] 所述多個(gè)控制單元沿高速公路沿線分布。
[0011] 本發(fā)明的原理是：由于不同模態(tài)條件下，光伏板的輸出功率存在差異性，于是發(fā) 明人考慮針對(duì)不同模態(tài)條件設(shè)置相應(yīng)的控制策略，從而使一套控制系統(tǒng)可以提供多種控制 策略，使處于不同環(huán)境參數(shù)條件下的光伏板的最大功率點(diǎn)動(dòng)態(tài)搜索時(shí)間均得到縮短、搜索 精度得到提高，減小輸出功率波動(dòng)，這不僅可以大大改善分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作效率 和光伏板的使用壽命，而且很好的契合了分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)中光伏板分布范圍較廣的特 性，實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍分布的光伏板的高效、集中控制；具體來說，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：分類 模塊采用模糊分類方法來對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分類的過程，相當(dāng)于是一個(gè)模態(tài)識(shí)別過程，當(dāng)識(shí) 別出當(dāng)前環(huán)境參數(shù)所對(duì)應(yīng)的模態(tài)（也即功率類別）后，由對(duì)應(yīng)該模態(tài)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對(duì)相應(yīng) 環(huán)境參數(shù)進(jìn)行處理（用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來提高搜索效率和精度的應(yīng)用是一種常見手段，本發(fā)明的 獨(dú)特之處在于集中控制器中設(shè)計(jì)了三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來分別匹配三種功率類別，同時(shí)，這也解 決了采用單一神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)泛化能力弱的問題；另外，采用集中控制的方式相較于再為每個(gè) 分布式微控器單獨(dú)設(shè)計(jì)三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，簡化了微控器結(jié)構(gòu)，降低了制造成本），從而完成對(duì) 最大功率值的快速搜索；找到最大功率值后，集中控制器的任務(wù)業(yè)已完成，接下來由微控器 根據(jù)常規(guī)的控制手段，來對(duì)光伏板的輸出功率進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，當(dāng)光伏板的輸出功率達(dá)到穩(wěn) 態(tài)后，微控器將控制模式切換至常規(guī)模式（即擾動(dòng)法或電導(dǎo)法）；得益于分類模塊對(duì)功率類 別的識(shí)別（分類）以及與功率類別匹配的三種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明可以為不同模態(tài)條件下的 光伏板提供針對(duì)性較強(qiáng)的控制策略，以實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍分布的光伏板的集中控制，提高功率 點(diǎn)搜索的效率，減少因功率點(diǎn)波動(dòng)帶來的沖擊，改善控制效果，使分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的效 能得到整體提尚。
[0012] 優(yōu)選地，所述模糊分類方法采用雙輸入單輸出的模糊分類器，所述模糊分類器的 推理規(guī)則如下表所示：
[0013]
[0014] 表中，"低"代表對(duì)應(yīng)低功率狀態(tài)的功率類別，"中"代表對(duì)應(yīng)中等功率狀態(tài)的功率 類別，"高"代表對(duì)應(yīng)高功率狀態(tài)的功率類別；
[0015] 光照度和溫度作為模糊分類器的兩個(gè)輸入量，功率類別作為模糊分類器的輸出 量。
[0016] 模糊分類方法本身是工程界常用的手段，本發(fā)明提出的推理規(guī)則是發(fā)明人經(jīng)過大 量實(shí)驗(yàn)后得出的一種優(yōu)選方案，在不考慮復(fù)雜度的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可設(shè)計(jì)出更 為復(fù)雜的推理規(guī)則，以使功率類別的劃分更加細(xì)化，當(dāng)然，相應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)量也須相應(yīng)增 加。
[0017] 基于前述系統(tǒng)，本發(fā)明還提出了一種分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)智能集群控制方法，所 涉及的硬件如前所述，具體的控制方法包括：按如下方法對(duì)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行控 制：
[0018] 1)通過實(shí)驗(yàn)獲取各種環(huán)境參數(shù)條件下光伏板的最大功率值，采用模糊分類方法對(duì) 實(shí)驗(yàn)中獲取到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分類，屬于同一功率類別的多個(gè)環(huán)境參數(shù)，作為對(duì)應(yīng)神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的訓(xùn)練樣本：光照度和溫度作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，對(duì)應(yīng)的最大功率值作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸 出；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完成后，分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)即投入運(yùn)行；
[0019] 2)分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)啟動(dòng)后，控制單元通過光照度傳感器和溫度傳感器獲取相 應(yīng)的環(huán)境參數(shù)并將環(huán)境參數(shù)發(fā)送至分類模塊；分類模塊采用模糊分類方法對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行 分類處理并獲得當(dāng)前環(huán)境參數(shù)對(duì)應(yīng)的功率類別，然后，分類模塊按功率類別將環(huán)境參數(shù)輸 出至對(duì)應(yīng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行處理后獲得相應(yīng)的最大功率值并將最大功 率值發(fā)送至相應(yīng)的微控器；分類模塊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在收到環(huán)境參數(shù)時(shí)，均以串行處理方式進(jìn) 行處理；
[0020] 3)微控器獲取到最大功率值后，將最大功率值與實(shí)測功率值進(jìn)行比較，獲得最大 功率值和實(shí)測功率值之間的誤差和誤差變化率，然后微控器采用模糊控制對(duì)誤差和誤差變 化率進(jìn)行處理，獲得PWM脈沖參考電壓信號(hào)，并根據(jù)PWM脈沖信號(hào)對(duì)光伏板的最大輸出功率 進(jìn)行調(diào)節(jié)；其中，微控器中所采用的模糊控制方法是一種常見的功率調(diào)節(jié)手段。
[0021] 4)待實(shí)測功率值穩(wěn)定后，微控器切換至擾動(dòng)法或電導(dǎo)法來繼續(xù)對(duì)光伏板的輸出功 率進(jìn)行調(diào)節(jié)。之所以最終要切換為擾動(dòng)法或電導(dǎo)法，是因?yàn)椋弘S著使用年限的增加，分布式 光伏發(fā)電系統(tǒng)中的各種硬件均會(huì)出現(xiàn)性能老化，長期運(yùn)行后，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出的最大功率值 就會(huì)越來越不準(zhǔn)確，理論上，雖可以重新提取硬件性能下降后的工作數(shù)據(jù)來對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn) 行重新訓(xùn)練，但在實(shí)際應(yīng)用中，重新提取數(shù)據(jù)來對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新訓(xùn)練的可行性不大，于 是本發(fā)明在控制方法中設(shè)置了切換環(huán)節(jié)，當(dāng)實(shí)測功率值穩(wěn)定后，將控制模式切換為擾動(dòng)法 或電導(dǎo)法，這就可以有效解決因硬件性能下降而導(dǎo)致的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出不準(zhǔn)確的問題。
[0022] 本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：能為不同環(huán)境模態(tài)下的光伏板提供對(duì)應(yīng)的控制策略， 提高最大功率點(diǎn)搜索效率和精度，減小沖擊，簡化了微控器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使分布式光伏發(fā)電系 統(tǒng)的性能得到整體提高，改善分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行效果。
【附圖說明】
[0023] 圖1、本發(fā)明的電氣原理示意圖；
[0024] 圖2、溫度隸屬函數(shù)圖；
[0025] 圖3、光照度隸屬函數(shù)圖；
[0026] 圖4、功率類別隸屬函數(shù)圖；
[0027] 圖中各個(gè)標(biāo)記所對(duì)應(yīng)的名稱分別為：光伏板1、微控器2、光照度傳感器3、溫度傳 感器4、分類模塊5、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊6、控制單元7、集中控制器8。
【具體實(shí)施方式】
[0028] -種分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)，其創(chuàng)新在于：所述分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)包括多個(gè)控制 單元和集中控制器，多個(gè)控制單元均與集中控制器通信連接；集中控制器包括分類模塊和 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，分類模塊與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊連接；單個(gè)控制單元包括光伏板、微控器、光照度 傳感器和溫度傳感器，單個(gè)控制單元內(nèi)的光伏板、光照度傳感器和溫度傳感器均與對(duì)應(yīng)的 微控器電氣連接；
[0029] 所述光照度傳感器能對(duì)相應(yīng)光伏板所處位置處的光照度進(jìn)行檢測；所述溫度傳感 器能對(duì)相應(yīng)光伏板所處位置處的溫度進(jìn)行檢測；同一控制單元對(duì)應(yīng)的光照度和溫度簡記為 環(huán)境參數(shù)，各個(gè)控制單元能將各自對(duì)應(yīng)的環(huán)境參數(shù)發(fā)送至分類模塊；
[0030] 所述分類模塊內(nèi)預(yù)存有三個(gè)功率類別，三個(gè)功率類別分別對(duì)應(yīng)低功率狀態(tài)、中等 功率狀態(tài)和高功率狀態(tài)；所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊內(nèi)預(yù)設(shè)有三個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，三個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與三個(gè) 功率類別一一對(duì)應(yīng)；分類模塊收到環(huán)境參數(shù)后，采用模糊分類