CN112311078A - 一种基于信息融合的太阳能负载调节方法和装置 - Google Patents

一种基于信息融合的太阳能负载调节方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于信息融合的太阳能负载调节方法和装置，方法包括：通过通信接口向服务器发送数据请求；基于所述请求，通过通信接口获取服务器提供的天气预报数据和实时天气数据；根据获取的天气预报数据生成数据矩阵，实时天气数据生成行向量；将所述数据矩阵和所述行向量分别进行向量归一化；基于归一化的天气预报数据矩阵和实时天气数据向量生成目标状态的控制权值向量；根据所述目标状态的控制权值向量和当前目标状态确定下一时刻目标状态进而控制输出值，以实现对负载的调节。本发明实现太阳能负载的合理持续供电，以尽可能避免未来几天阴雨天气无可用太阳能时对负载供电的间断，实现负载的科学合理调配。

Description

一种基于信息融合的太阳能负载调节方法和装置
技术领域
本发明涉及太阳能领域，具体而言，涉及一种基于信息融合的太阳能负载调节方法和装置。
背景技术
随着煤炭，石油，天然气等不可再生能源的消耗和环境问题的日益严重，以风能，太阳能，潮汐能为代表的清洁可再生能源得到广泛应用，而太阳能作为一种取之不竭，用之不尽的绿色环保新能源更是倍受青睐，近年来，太阳能路灯，太阳能浇灌系统，太阳能广告牌等太阳能应用系统更是为日常生活带来了极大的便利，然而太阳能的可利用的随机性和不持续性会限制负载的运行，如未来几天为阴雨天气时，太阳能路灯就不能继续照明，影响行人出行和车辆流通；户外浇灌也会暂停，影响农作物生长；广告牌断电，影响产品宣传效果，诸如此类的负载受天气影响较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于信息融合的太阳能负载调节方法和装置，以解决上述存在的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，包括
通过通信接口向服务器发送数据请求；
基于所述请求，通过所述通信接口获取所述服务器提供的天气预报数据和实时天气数据；
根据获取的所述天气预报数据生成数据矩阵，所述实时天气数据生成行向量；
将所述数据矩阵和所述行向量分别进行向量归一化；
基于归一化的天气预报数据矩阵和实时天气数据向量生成目标状态的控制权值向量；
根据所述目标状态的控制权值向量和当前目标状态确定下一时刻目标状态进而控制输出值，以实现对负载的调节。
进一步的，所述天气预报数据矩阵是
Figure BDA0002760154920000021
dij为预报的第i天的天气特征描述向量第j个分量，包含M个天气要素。
进一步的，所述天气预报数据和实时天气数据均包括温度、湿度和天气类型。
进一步的，所述数据矩阵的向量归一化算法具体为：
Figure BDA0002760154920000022
进一步的，所述实时天气数据向量是L＝[l1,l2,…lM]，li为天气数据第i个分量，包含M个天气要素。
进一步的，所述行向量的向量归一化算法具体为：
Figure BDA0002760154920000031
进一步的，所述目标状态的控制权值向量是C，算法具体为：
Figure BDA0002760154920000032
其中，αi是实时天气数据与预报天气数据的权重，ci是每天权重。
进一步的，所述每天权重ci是每天各天气分量的加权和，具体算法是：
Figure BDA0002760154920000033
进一步的，所述下一时刻目标状态控制输出值的算法具体为：
Figure BDA0002760154920000034
其中，t是时间，Kp是比例因子，T是采样周期，Ti和Td是调参常量，误差分量e(t)＝O(t)-O(t-1)。
本发明实施例还提供一种基于信息融合的太阳能负载调节装置，包括太阳能电池板、控制器、负载、电池、主控中心、通信模块，所述主控中心的第一端通过所述通信模块连接至服务器，以获取天气预报数据和实时天气数据，所述太阳能电池板的输出端与所述控制器连接，所述负载与所述主控中心的第二端连接，所述主控中心的第三端通过控制器分别连接至负载和电池；
其中，所述主控中心被配置为通过执行其存储的计算机程序以实现所述的基于信息融合的太阳能负载调节方法。
本发明的有益技术效果：
本发明通过通信模块可以获取服务器提供的天气预报信息和实时天气信息形成目标状态的控制权值向量，再结合当前目标状态确定下一时刻目标状态进而控制输出值，主控中心可以控制该输出值，以调节电池的放电速率，控制对负载的输出功率，在不影响负载运行的情况下，适当延长负载工作时间，尽量避免阴雨天气导致的太阳能负载断电事件的发生，实现太阳能负载的合理持续供电，提高装置的抗扰动能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法流程示意图。
图2为本发明第二实施例提供的一种基于信息融合的太阳能负载调节装置流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
本发明第一实施例提供了一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，参考图1，包括：
S11:通过通信接口向服务器发送数据请求；
S12:基于所述请求，通过所述通信接口获取所述服务器提供的天气预报数据和实时天气数据；
在本实施例中，所述通信接口包括广域网通信接口和局域网通信接口，用以发送数据请求和接收服务器提供的数据，天气预报数据通过广域网模块从服务器获取，实时天气数据通过局域网通信模块从服务器获取，服务器包括天气预报数据的接口和雨布天气监测数据接口，用以和所述广域网通信接口和局域网通信接口匹配，以传输天气预报数据和实时天气数据，所述服务器提供的天气预报数据和实时天气数据可以包括温度、湿度和天气类型，以{温度、湿度、天气类型}形式表示，当然需要说明的是天气预报数据和实时天气数据也可以包括其他，这些方案均在本发明的保护范围。
S13:根据获取的所述天气预报数据生成数据矩阵，所述实时天气数据生成行向量；
在本实施例中，所述天气预报数据生成数据矩阵以二维数组的形式存储，矩阵为
Figure BDA0002760154920000061
dij为预报的第i天的天气特征描述向量第j个分量，数据矩阵每行表示一天的天气数据，每列表示同一数据类型，包含M个天气要素，例如，M＝3，第一个分量为温度，第二个分量为湿度，第三个分量为天气类型；所述实时天气数据向量是L＝[l1,l2,…lM]，li为天气数据第i个分量，每个元素表示实时天气数据，包含M个天气要素，例如，M＝3，第一个分量为温度，第二个分量为湿度，第三个分量为天气类型，当然需要说明的是天气要素M也可以根据实际需要是其他数值，这些方案均在本发明的保护范围。
S14:将所述数据矩阵和所述行向量分别进行向量归一化；
在本实施例中，天气预报的数据矩阵归一化用以纠正不同数据类型的权重差异，具体算法是
Figure BDA0002760154920000062
所述行向量进行向量归一化即实时天气数据行向量归一化，用以纠正不同数据类型的权重差异，具体算法是
Figure BDA0002760154920000063
例如，天气预报的数据和实时天气数据中的天气类型可以为晴、多云、阴、霾、雨并分别赋值权重1、2、3、4、5，当然需要说明的是天气类型也可以根据实际需要是其他类型，这些方案均在本发明的保护范围。
S15:基于归一化的天气预报数据矩阵和实时天气数据向量生成目标状态的控制权值向量；
在本实施例中，目标状态的控制权值向量是C，算法具体为
Figure BDA0002760154920000071
其中，αi是实时天气数据与预报天气数据的权重，ci是每天权重，所述每天权重ci是每天各天气分量的加权和，如图表一是各参数值
表1
M α<sub>1</sub> α<sub>2</sub> α<sub>3</sub> N
3 0.3 0.3 0.5 5
ci具体算法：
Figure BDA0002760154920000072
S16:根据所述目标状态的控制权值向量和当前目标状态确定下一时刻目标状态进而控制输出值，以实现对负载的调节；
在本实施例中，获取当前目标状态S，状态参量为电压或电流，所述下一时刻目标状态控制输出值的算法具体为：
Figure BDA0002760154920000073
表2
t K<sub>p</sub> T T<sub>i</sub> T<sub>d</sub>
0.5 1.0 1.0 3.0 5.0
其中，t是时间，Kp是比例因子，T是采样周期，Ti和Td是调参常量，误差分量e(t)＝O(t)-O(t-1)，例如表2是本实施例的数值。
本实施例通过通信模块可以获取服务器提供的天气预报信息和实时天气信息以形成目标状态的控制权值向量，再结合当前目标状态确定下一时刻目标状态进而控制输出值，主控中心可以控制该输出值，以调节电池的放电速率，控制对负载的输出功率，在不影响负载运行的情况下，适当延长负载工作时间，尽量避免阴雨天气导致的太阳能负载断电事件的发生，实现太阳能负载的合理持续供电，提高装置的抗扰动能力。
本发明第二实施例提供一种基于信息融合的太阳能负载调节装置，如图2，包括：太阳能电池板10、控制器20、负载30、电池40、主控中心50、通信模块60，所述主控中心50的第一端通过所述通信模块60连接至服务器，以获取天气预报数据和实时天气数据，所述太阳能电池板10的输出端与所述控制器20连接，所述负载30与所述主控中心50的第二端连接，所述主控中心50的第三端通过控制器20分别连接至负载30和电池40；
其中，所述主控中心50被配置为通过执行其存储的计算机程序以实现所述的基于信息融合的太阳能负载调节方法，
在本实施例中，通信模块60包括广域网通信模块和局域网通信模块，主控中心50分别通过串口与局域网通信模块和广域网通信模块相连，广域网通信模块服务器获取天气预报数据，局域网通信模块获取实时天气数据；广域网通信模块可以是NB-IOT、GPRS、WIFI等，例如，NB-IOT模块型号为ML5535，可以获取本地监测中心提供的天气预报数据的网络接口；局域网通信模块可以是Lora、ZigBee、WIFI等，可以获取本地监测中心提供的实时天气数据的网络接口，例如，Lora型号为SX1278。当然需要说明的是，广域网通信模块和局域网通信模块也可以是其他型号，这些方案均在本发明的保护范围。
在本实施例中，主控中心50用于运行基于信息融合的负载调节方法，主控中心50一方面从负载30获取当前的负载30工作电压、电流，另一方面从通过通讯模块60获取天气预报数据和实时天气数据，基于获取的电压和电流和天气数据，主控中心50通过负载调节算法分析和处理后输出控制变量O(t)，用以向控制器20传送控制命令。
在本实施例中，所述控制器20包括CPU、存储器、电池充电控制电路、输出功率调节电路以及相应的过冲过放保护电路，基于主控中心50传送的控制命令，控制器20调节输出参数，例如电流、电压、输出功率，进而调节电池40的放电速率，实现负载30的合理持续运行，太阳能电池板10的输出与控制器20相连接，经控制器20的算法对太阳能电池板10的输出电压进行升压变换，一路直接为负载30供电，另一路经控制器20的充电控制电路给电池40充电，同时在太阳能电池板10输出功率较高时，可以对太阳能电池板10的输出电压进行降压变换后给负载30供电或者给电池40进行充电。所述负载30可为路灯、浇灌所用的水泵、户外广告灯箱、交通设施等太阳能应用系统。
在本实施例中，电池40用于将太阳能电池板10产生的电能为负载30供电后剩余的能量储存在电池40中，或者在夜晚、光照弱的白天为负载30进行供电，电池40可以为铅酸电池或者锂电池，当然需要说明的是，所述电池也可以是其他电池，这些方案均在本发明的保护范围。
本实施例通过通信模块60可以获取服务器提供的天气预报信息和实时天气信息形成控制信号，通过主控中心50和控制器20以调节电池40的放电速率，控制对负载30的输出功率，在不影响负载30运行的情况下，适当延长负载工作时间，尽量避免阴雨天气导致的太阳能负载断电事件的发生，实现太阳能负载的合理持续供电，提高装置的抗扰动能力。
在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所提供的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，包括：
通过通信接口向服务器发送数据请求；
基于所述请求，通过所述通信接口获取所述服务器提供的天气预报数据和实时天气数据；
根据获取的所述天气预报数据生成数据矩阵，所述实时天气数据生成行向量；
将所述数据矩阵和所述行向量分别进行向量归一化；
基于归一化的天气预报数据矩阵和实时天气数据向量生成目标状态的控制权值向量；
根据所述目标状态的控制权值向量和当前目标状态确定下一时刻目标状态进而控制输出值，以实现对负载的调节。
2.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，所述天气预报数据矩阵是
Figure FDA0002760154910000011
dij为预报的第i天的天气特征描述向量第j个分量，包含M个天气要素。
3.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，所述天气预报数据和实时天气数据均包括温度、湿度和天气类型。
4.如权利1所述的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，所述数据矩阵的向量归一化算法具体为：
Figure FDA0002760154910000021
5.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，所述实时天气数据向量是L＝[l1,l2,…lM]，li为天气数据第i个分量，包含M个天气要素。
6.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，所述行向量的向量归一化算法具体为：
Figure FDA0002760154910000022
7.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，所述目标状态的控制权值向量是C，算法具体为：
Figure FDA0002760154910000023
其中，αi是实时天气数据与预报天气数据的权重，ci是每天权重。
8.根据权利要求7所述的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，所述每天权重ci是每天各天气分量的加权和，具体算法是：
Figure FDA0002760154910000031
9.根据权利要求1所述的一种基于信息融合的太阳能负载调节方法，其特征在于，所述下一时刻目标状态控制输出值的算法具体为：
Figure FDA0002760154910000032
其中，t是时间，Kp是比例因子，T是采样周期，Ti和Td是调参常量，误差分量e(t)＝O(t)-O(t-1)。
10.一种基于信息融合的太阳能负载调节装置，其特征在于，包括太阳能电池板、控制器、负载、电池、主控中心、通信模块，所述主控中心的第一端通过所述通信模块连接至服务器，以获取天气预报数据和实时天气数据，所述太阳能电池板的输出端与所述控制器连接，所述负载与所述主控中心的第二端连接，所述主控中心的第三端通过控制器分别连接至负载和电池；
其中，所述主控中心被配置为通过执行其存储的计算机程序以实现如权利要求1-9任意一项所述的基于信息融合的太阳能负载调节方法。
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