CN112671031A - 光伏发电系统及其控制方法、装置、存储介质及处理器 - Google Patents

光伏发电系统及其控制方法、装置、存储介质及处理器 Download PDF

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CN112671031A CN202011454173.2A CN202011454173A CN112671031A CN 112671031 A CN112671031 A CN 112671031A CN 202011454173 A CN202011454173 A CN 202011454173A CN 112671031 A CN112671031 A CN 112671031A
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Abstract

本发明公开了一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法、装置、光伏发电系统、存储介质及处理器，该方法包括：所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池；光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，包括：以所述光伏面板组件为源节点，并以蓄电池为目的节点，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法；根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，以使所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率达到设定的最优光伏传输功率。该方案，通过设置光伏最优传输功率的控制算法，能够提升光伏传输功率。

Description

光伏发电系统及其控制方法、装置、存储介质及处理器
技术领域
本发明属于光伏发电技术领域，涉及光伏发电系统及其控制方法、装置、存储介质及处理器，具体涉及一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法、装置、光伏发电系统、存储介质及处理器，尤其涉及一种基于光伏最优传输功率算法的控制方法、装置、光伏发电系统、存储介质及处理器。
背景技术
随着化学能源的逐渐枯竭，世界各国都将目光放在了可再生能源上，而太阳能作为最常见的可再生能源，如何有效地开发和利用是一个重要的研究课题。太阳能应用的主要形式是光伏发电，光伏面板组件是一种以硅为主要半导体材料的固体光伏电池，光伏面板组件可以被制作成不同的形状，光照面积越大，产生的电能越大，体积较小的光伏电池可以为手表、计算器等小型电子设备提供能量，大型光伏发电系统能为家庭、整车提供电能，甚至可以集成到大电网中为电力系统提供电能。
光伏发电与天气因素息息相关，太阳辐照强度、环境温度、天气类型等条件都会对光伏发电输出功率造成影响，不同时刻采集的能量不同，传输功率也不同。对于电池容量有限的蓄电池，如何最大化地利用太阳能，以及如何最大化传输功率是一个重要问题。
上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法、装置、光伏发电系统、存储介质及处理器，以解决如何最大化光伏发电系统的光伏传输功率的问题，达到通过设置光伏最优传输功率的控制算法，能够提升光伏传输功率的效果。
本发明提供一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法中，所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池；光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，包括：以所述光伏面板组件为源节点，并以蓄电池为目的节点，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法；根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，以使所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率达到设定的最优光伏传输功率。
在一些实施方式中，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，包括：设置所述源节点的发射速率r(p(t))，以通过控制所述源节点的发射速率r(p(t))，对所述源节点的发射功率p(t)进行控制；所述源节点的发射速率r(p(t))的函数，为效能函数；根据所述源节点的发射速率r(p(t))，在设定的能量传输范围内，在设定时间[0,T]，设置所述源节点的最大发射量P1如公式(1)：
Figure BDA0002827836600000021
其中，β是发射功率p(t)的区间范围，β的表达式如公式(2)：
Figure BDA0002827836600000022
在公式(2)中，Emax是蓄电池的最大存储容量，sn为能量到达时间，Ek为所述源节点在每个能量到达时间的时间点t采集的能量，s为时间，t′为[sn-1,sn]的任意一时刻的时间。
在一些实施方式中，所述源节点的发射速率r(p(t))，是一个非负且递增的凸函数。
在一些实施方式中，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，包括：根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个非负且递增的凸函数的情况下，按恒功率传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
在一些实施方式中，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述目的节点的能量低于设定的最低能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变大；在所述目的节点的能量高于设定的最高能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变小。
与上述方法相匹配，本发明另一方面提供一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置中，所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池；光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置，包括：设置单元，被配置为以所述光伏面板组件为源节点，并以蓄电池为目的节点，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法；控制单元，被配置为根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，以使所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率达到设定的最优光伏传输功率。
在一些实施方式中，所述设置单元，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，包括：设置所述源节点的发射速率r(p(t))，以通过控制所述源节点的发射速率r(p(t))，对所述源节点的发射功率p(t)进行控制；所述源节点的发射速率r(p(t))的函数，为效能函数；
根据所述源节点的发射速率r(p(t))，在设定的能量传输范围内，在设定时间[0,T]，设置所述源节点的最大发射量P1如公式(1)：
Figure BDA0002827836600000031
其中，β是发射功率p(t)的区间范围，β的表达式如公式(2)：
Figure BDA0002827836600000032
在公式(2)中，Emax是蓄电池的最大存储容量，sn为能量到达时间，Ek为所述源节点在每个能量到达时间的时间点t采集的能量，s为时间，t′为[sn-1,sn]的任意一时刻的时间。
在一些实施方式中，所述源节点的发射速率r(p(t))，是一个非负且递增的凸函数。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，包括：根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个非负且递增的凸函数的情况下，按恒功率传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
在一些实施方式中，所述控制单元，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述目的节点的能量低于设定的最低能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变大；在所述目的节点的能量高于设定的最高能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变小。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种光伏发电系统，包括：以上所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法。
与上述方法相匹配，本发明再一方面提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法。
由此，本发明的方案，通过以光伏面板组件为源节点，以蓄电池为目的节点，设置源节点与目的节点之间的光伏最优传输功率的控制算法，并根据该控制算法控制源节点与目的节点之间的光伏传输功率的传输过程，通过设置光伏最优传输功率的控制算法，能够提升光伏传输功率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法的一实施例的流程示意图；
图2为本发明的方法中设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法的一实施例的流程示意图；
图3为本发明的光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置的一实施例的结构示意图；
图4为光伏大巴发电系统的一实施例的结构示意图；
图5为蓄电池的能量传输过程的一实施例的流程示意图；
图6为太阳能离散采集过程的一实施例的流程示意图；
图7为能量可行域的一实施例的曲线示意图；
图8为严格凸函数的曲线示意图；
图9为能量可行域的另一实施例的曲线示意图；
图10为最优功率传输算法的一实施例的能耗曲线示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
102-设置单元；104-控制单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，如图1所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池。光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，包括：步骤S110和步骤S120。
在步骤S110处，以所述光伏面板组件为源节点，并以蓄电池为目的节点，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法(即光伏最优传输功率的控制算法)。
在一些实施方式中，可以结合图2所示本发明的方法中设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S110中设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法的具体过程，可以包括：步骤S210和步骤S220。
步骤S210，设置所述源节点的发射速率r(p(t))，以通过控制所述源节点的发射速率r(p(t))，对所述源节点的发射功率p(t)进行控制。所述源节点的发射速率r(p(t))的函数，为效能函数。
步骤S220，根据所述源节点的发射速率r(p(t))，在设定的能量传输范围内，在设定时间[0,T]，设置所述源节点的最大发射量P1如公式(1)：
Figure BDA0002827836600000061
其中，β是发射功率p(t)的区间范围，即所述能量传输范围内的能量可行集。其中，能量传输范围，如能量可行域、能量可行的范围等。β的表达式如公式(2)：
Figure BDA0002827836600000062
在公式(2)中，Emax是蓄电池的最大存储容量，sn为能量到达时间，Ek为所述源节点在每个能量到达时间的时间点t采集的能量，s为时间，t′为[sn-1,sn]的任意一时刻的时间。
具体地，假设一个能量传输系统，光伏面板电池容量为Emax，Tx为源节点，用于采集能量。Rx为目的节点，用于接收能量，可以看做蓄电池。并且源节点可以连续传输，其发射功率可以通过发射速率控制来改变，可以选择在任意时刻t用功率p(t)进行发射，得到对应的发射速率r(p(t))，称为效能函数。
将能量采集过程建模为一个离散过程，其中sn代表能量到达时间，En代表每个能量到达时间的时间点t采集的能量。光伏面板组件在时刻0的初始能量为E0，在时刻s1采集到的能量为E1，以此类推，在时刻sn采集到的能量为En，n为自然数。
用图形化的方式来代表能量可行域，然后在能量可行的范围内规划出一条最优功率。为了找到最优的功率分配，在时间[0,T]，最大发射的比特数为：
Figure BDA0002827836600000071
r(p(t))为发射速率，与发射功率p(t)有关，β是能量可行集，公式如下：
Figure BDA0002827836600000072
β这个约束区域代表：
(1)电池能量大于等于0、且小于等于Emax。
(2)消耗掉的能量要小于已经采集到的能量，即时间(0,sn)消耗的能量不能超过sn之前采集的能量，且消耗的能量不低于
Figure BDA0002827836600000073
以便下次采集能量时不会产生能量溢出。
其中，对发射速率r(p(t))的积分
Figure BDA0002827836600000074
代表[0,T]的发射比特数。β为发射功率p(t)的范围，即可行域。
Figure BDA0002827836600000075
为[0,n-1]区间内电池收集的电量，
Figure BDA0002827836600000076
为[0,t’]消耗的电量，所以
Figure BDA0002827836600000077
代表电池现有电量。电池现有电量的区间范围为[0,Emax],Emax为电池最大容量。
公式(2)中等式第一行，[0sn]消耗的能量
Figure BDA0002827836600000078
要小于时刻sn之前采集到的能量
Figure BDA0002827836600000079
因为是离散采集，所以求和，可以参见图3所示的能量采集过程。同时，[0,sn]累计消耗掉的能量要大于等于
Figure BDA00028278366000000710
否则会产生能量溢出，可借助图4理解。此公式含义为：采集的能量减去电池容量。总之，
Figure BDA00028278366000000711
为目标函数，β为变量p(t)的区间范围，目的就是为了达到传输的比特数最大，即吞吐量最大。即找到一个使吞吐量最大的最优传输功率算法。
在一些实施方式中，所述源节点的发射速率r(p(t))，是一个非负且递增的凸函数。
具体地，公式(2)中r(·)是一个非负的、递增的、严格凸函数。
严格凸函数的性质：在开区间(x,y)上的任意一点(1-a)x+ay，对于a∈(0,1)，都有：f((1-a)x+ay)＞(1-a)f(x)+af(y) (3)。
在步骤S120处，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，以使所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率达到设定的最优光伏传输功率。
具体地，一个无线传输系统，它由一个源节点、一个目的节点组成。其中源节点采集能量，并且能量收集节点电池容量有限。源节点可以连续传输，其发射功率可以通过发射速率控制来改变。对于电池容量有限的蓄电池，光伏最优传输功率算法将最大化地利用采集到的能量，能够提升光伏传输功率。
在一些实施方式中，步骤S120中根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，包括：根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个非负且递增的凸函数的情况下，按恒功率传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
具体地，由严格凸函数的性质可知：在能量可行域中，恒功率传输可达到最大的平均发射速率以及最大的吞吐量。在一定传输时间内且能耗相等的条件下，以恒定功率传输可达到最大的平均发射速率以及最大的吞吐量。恒功率传输，吞吐量最大。即在能量可行域中，想要达到最优功率传输，除非电池已满(触碰下边界)或完全耗尽(触碰上边界)，否则传输功率不应改变。为了达到最优功率分配，在传输结束时所有的能量都应被耗尽；并且，在采集能量时不产生能量溢出，即，至少要用到下边界能量以上，这样才不会产生能量的浪费。
在一些实施方式中，步骤S120中根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述目的节点的能量低于设定的最低能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变大；在所述目的节点的能量高于设定的最高能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变小。
具体地，对于最优功率分配，当电池耗尽时，能量到达时刻sn的功率pn必须变大。当电池充满时，能量到达时刻sn的功率pn必须变小，否则都将违背能量可行性。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过以光伏面板组件为源节点，以蓄电池为目的节点，设置源节点与目的节点之间的光伏最优传输功率的控制算法，并根据该控制算法控制源节点与目的节点之间的光伏传输功率的传输过程，通过设置光伏最优传输功率的控制算法，能够提升光伏传输功率。
根据本发明的实施例，还提供了对应于光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法的一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置。参见图3所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池。光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置，包括：设置单元102和控制单元104。
其中，设置单元102，被配置为以所述光伏面板组件为源节点，并以蓄电池为目的节点，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法(即光伏最优传输功率的控制算法)。该设置单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
在一些实施方式中，所述设置单元102，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，包括：
所述设置单元102，具体还被配置为设置所述源节点的发射速率r(p(t))，以通过控制所述源节点的发射速率r(p(t))，对所述源节点的发射功率p(t)进行控制。所述源节点的发射速率r(p(t))的函数，为效能函数。该设置单元102的具体功能及处理还参见步骤S210。
所述设置单元102，具体还被配置为根据所述源节点的发射速率r(p(t))，在设定的能量传输范围内，在设定时间[0,T]，设置所述源节点的最大发射量P1如公式(1)：
Figure BDA0002827836600000091
该设置单元102的具体功能及处理还参见步骤S220。
其中，β是发射功率p(t)的区间范围，即所述能量传输范围内的能量可行集。其中，能量传输范围，如能量可行域、能量可行的范围等。β的表达式如公式(2)：
Figure BDA0002827836600000101
在公式(2)中，Emax是蓄电池的最大存储容量，sn为能量到达时间，Ek为所述源节点在每个能量到达时间的时间点t采集的能量，s为时间，t′为[sn-1,sn]的任意一时刻的时间。
具体地，假设一个能量传输系统，光伏面板电池容量为Emax，Tx为源节点，用于采集能量；Rx为目的节点，用于接收能量，可以看做蓄电池。并且源节点可以连续传输，其发射功率可以通过发射速率控制来改变，可以选择在任意时刻t用功率p(t)进行发射，得到对应的发射速率r(p(t))，称为效能函数。
将能量采集过程建模为一个离散过程，其中sn代表能量到达时间，En代表每个能量到达时间的时间点t采集的能量。光伏面板组件在时刻0的初始能量为E0，在时刻s1采集到的能量为E1，以此类推，在时刻sn采集到的能量为En，n为自然数。
用图形化的方式来代表能量可行域，然后在能量可行的范围内规划出一条最优功率。为了找到最优的功率分配，在时间[0,T]，最大发射的比特数为：
Figure BDA0002827836600000102
r(p(t))为发射速率，与发射功率p(t)有关，β是能量可行集，公式如下：
Figure BDA0002827836600000103
β这个约束区域代表：
(1)电池能量大于等于0、且小于等于Emax。
(2)消耗掉的能量要小于已经采集到的能量，即时间(0,sn)消耗的能量不能超过sn之前采集的能量，且消耗的能量不低于
Figure BDA0002827836600000111
以便下次采集能量时不会产生能量溢出。
其中，对发射速率r(p(t))的积分
Figure BDA0002827836600000112
代表[0,T]的发射比特数。β为发射功率p(t)的范围，即可行域。
Figure BDA0002827836600000113
为[0,n-1]区间内电池收集的电量，
Figure BDA0002827836600000114
为[0,t’]消耗的电量，所以
Figure BDA0002827836600000115
代表电池现有电量。电池现有电量的区间范围为[0,Emax],Emax为电池最大容量。
公式(2)中等式第一行，[0,sn]消耗的能量
Figure BDA0002827836600000116
要小于时刻sn之前采集到的能量
Figure BDA0002827836600000117
因为是离散采集，所以求和，可以参见图3所示的能量采集过程。同时，[0,sn]累计消耗掉的能量要大于等于
Figure BDA0002827836600000118
否则会产生能量溢出，可借助图4理解。此公式含义为：采集的能量减去电池容量。总之，
Figure BDA0002827836600000119
为目标函数，β为变量p(t)的区间范围，目的就是为了达到传输的比特数最大，即吞吐量最大。即找到一个使吞吐量最大的最优传输功率算法在一些实施方式中，所述源节点的发射速率r(p(t))，是一个非负且递增的凸函数。
具体地，公式(2)中r(·)是一个非负的、递增的、严格凸函数。
严格凸函数的性质：在开区间(x,y)上的任意一点(1-a)x+ay，对于a∈(0,1)，都有：f((1-a)x+ay)＞(1-a)f(x)+af(y) (3)。
控制单元104，被配置为根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，以使所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率达到设定的最优光伏传输功率。该控制单元104的具体功能及处理参见步骤S120。
具体地，一个无线传输系统，它由一个源节点、一个目的节点组成。其中源节点采集能量，并且能量收集节点电池容量有限。源节点可以连续传输，其发射功率可以通过发射速率控制来改变。对于电池容量有限的蓄电池，光伏最优传输功率算法将最大化地利用采集到的能量，能够提升光伏传输功率。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，包括：所述控制单元104，具体还被配置为根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个非负且递增的凸函数的情况下，按恒功率传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
具体地，由严格凸函数的性质可知：在能量可行域中，恒功率传输可达到最大的平均发射速率以及最大的吞吐量。在一定传输时间内且能耗相等的条件下，以恒定功率传输可达到最大的平均发射速率以及最大的吞吐量。恒功率传输，吞吐量最大。即在能量可行域中，想要达到最优功率传输，除非电池已满(触碰下边界)或完全耗尽(触碰上边界)，否则传输功率不应改变。为了达到最优功率分配，在传输结束时所有的能量都应被耗尽；并且，在采集能量时不产生能量溢出，即，至少要用到下边界能量以上，这样才不会产生能量的浪费。
在一些实施方式中，所述控制单元104，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：所述控制单元104，具体还被配置为根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述目的节点的能量低于设定的最低能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变大；在所述目的节点的能量高于设定的最高能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变小。
具体地，对于最优功率分配，当电池耗尽时，能量到达时刻sn的功率pn必须变大；当电池充满时，能量到达时刻sn的功率pn必须变小，否则都将违背能量可行性。
由于本实施例的装置所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图2所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过设置一个单输入单输出的节点系统，其中源节点利用能量采集技术收集的能量向目的节点发送信息，设置源节点与目的节点之间的光伏最优传输功率的控制算法，并根据该控制算法控制源节点与目的节点之间的光伏传输功率的传输过程，能够提升光伏传输功率。
根据本发明的实施例，还提供了对应于光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置的一种光伏发电系统。该光伏发电系统可以包括：以上所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置。
在一些实施方式中，本发明的方案，提供一种基于光伏最优传输功率算法的控制方案。
具体地，本发明的方案，对于电池容量有限的蓄电池，光伏最优传输功率算法将最大化地利用采集到的能量。
本发明的方案，对于效能函数为凸函数时，提出恒功率传输方式，能使吞吐量最大化。对于效能函数为凸函数时，通过恒功率传输方式，能达到吞吐量最大化。
本发明的方案，根据电池约束条件，提出了能量可行域方法。在能量可行域的条件下，规划出一条最优传输功率，使吞吐量最大。
下面结合图4至图10所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
图4为光伏大巴发电系统的一实施例的结构示意图。如图4所示，光伏大巴发电系统，包括：光伏面板组件、蓄电池和车用负载。光伏面板组件能够给蓄电池充电，蓄电池能够给车用负载供电。
图4能够显示光伏面板组件和蓄电池搭建的车用直流供电原理，光伏板(即光伏面板组件)利用半导体材料将光能转化为电能，给车上的蓄电池充电，蓄电池供整车(如车用负载)用电。假设蓄电池容量为Emax。
图5为蓄电池的能量传输过程的一实施例的流程示意图。在图5所示的例子中，假设一个能量传输系统，光伏面板电池容量为Emax，Tx为源节点，用于采集能量；Rx为目的节点，用于接收能量，可以看做蓄电池。并且源节点可以连续传输，其发射功率可以通过发射速率控制来改变，可以选择在任意时刻t用功率p(t)进行发射，得到对应的发射速率r(p(t))，称为效能函数。
图6为太阳能离散采集过程的一实施例的流程示意图。在图6所示的例子中，将能量采集过程建模为一个离散过程，其中sn代表能量到达时间，En代表每个能量到达时间的时间点t采集的能量。光伏面板组件在时刻0的初始能量为E0，在时刻s1采集到的能量为E1，以此类推，在时刻sn采集到的能量为En，n为自然数。
根据此光伏系统的性能，具有以下约束条件：
(1)太阳能采集电池必须具有有限的存储能力，且最大存储容量为Emax；
(2)太阳能采集电池里的能量均来自节点采集的能量和电池的初始能量；
(3)任何能量在被采集之前都无法使用；
(4)任何超过其存储能力的能量都将被丢失。
图7为能量可行域的曲线示意图。在图7所示的例子中，用图形化的方式来代表能量可行域，然后在能量可行的范围内规划出一条最优功率，即图7中最左侧线段和最右侧线段之间规划出一条最优功率。图7中最左侧线段代表能量采集的上限，最右侧线段代表能量采集下限，上限向下移动一个Emax即为下限。由能量可行性可知，消耗的能量不能超过采集的总能量(上边界)，且最低消耗的能量不能低于采集的总能量减一个电池容量Emax(下边界)，这样就不会使在下一次采集能量时产生能量溢出。
其中，能量可行域就是β，也叫能量可行区间，能量可行集。
符合能量可行性的发射功率分配可表示为图7中最左侧线段和最右侧线段之间的一条线。若该线超出这个范围则不符合能量可行性。当该线触碰上边界时，表示在
Figure BDA0002827836600000141
时电池为空电池，如图7中线段OA。当该线触碰下边界时，表示在
Figure BDA0002827836600000142
时电池为满电池，如图7中线段OB。
其中，
Figure BDA0002827836600000143
和s1都为时间，s1为第一个采集能量的时刻，
Figure BDA0002827836600000144
中的n1代表功率变化的第一个点，
Figure BDA0002827836600000145
就是功率变化的第一个点的时刻。
为了找到最优的功率分配，在时间[0,T]，最大发射的比特数(即最大发射量)为：
Figure BDA0002827836600000146
r(p(t))为发射速率，与发射功率p(t)有关，β是能量可行集，公式如下：
Figure BDA0002827836600000151
β这个约束区域代表：
(1)电池能量大于等于0、且小于等于Emax；
(2)消耗掉的能量要小于已经采集到的能量，即时间(0,sn)消耗的能量不能超过sn之前采集的能量，且消耗的能量不低于
Figure BDA0002827836600000152
以便下次采集能量时不会产生能量溢出。比特数就是发射量，单位为比特。功率的单位为w(瓦)。
其中，对发射速率r(p(t))的积分
Figure BDA0002827836600000153
代表[0,T]的发射比特数。β为发射功率p(t)的范围，即可行域。
Figure BDA0002827836600000154
为[0,n-1]区间内电池收集的电量，
Figure BDA0002827836600000155
为[0,t’]消耗的电量，所以
Figure BDA0002827836600000156
代表电池现有电量。电池现有电量的区间范围为[0,Emax],Emax为电池最大容量。
公式(2)中等式第一行，[0,sn]消耗的能量
Figure BDA0002827836600000157
要小于时刻sn之前采集到的能量
Figure BDA0002827836600000158
因为是离散采集，所以求和，可以参见图6所示的能量采集过程。
同时，[0,sn]累计消耗掉的能量要大于等于
Figure BDA0002827836600000159
否则会产生能量溢出，可借助图7理解。此公式含义为：采集的能量减去电池容量。
总之，
Figure BDA00028278366000001510
为目标函数，β为变量p(t)的区间范围，目的就是为了达到传输的比特数最大，即吞吐量最大。即找到一个使吞吐量最大的最优传输功率算法。
上式中r(·)，即r(p(t))，是一个非负的、递增的、严格凸函数，如图8所示。图8为严格凸函数的曲线示意图。凸函数是数学函数的一类特征。凸函数就是一个定义在某个向量空间的凸子集C(区间)上的实值函数。
严格凸函数的性质：在开区间(x,y)上的任意一点(1-a)x+ay，对于a∈(0,1)，都有：
f((1-a)x+ay)＞(1-a)f(x)+af(y) (3)。
由严格凸函数的性质可知：在能量可行域中，恒功率传输可达到最大的平均发射速率以及最大的吞吐量。
图9为能量可行域的另一实施例的曲线示意图。如图9所示，在能量可行域中，方案一：以恒功率p传输，传输时间为1s；方案2：分时传输，以传输功率p1、p2分别传输时间1-a、a。当两种方案消耗相同能量时，可以得出：
p＝(1-a)p1+ap2 (4)。
由公式(3)凸函数性质可知：
r((1-a)p1+ap2)＞(1-a)r(p1)+ar(p2) (5)。
所以，在一定传输时间内且能耗相等的条件下，以恒定功率传输可达到最大的平均发射速率以及最大的吞吐量。
综上，最优功率分配应满足一下条件：
(1)恒功率传输，吞吐量最大。即在能量可行域中，想要达到最优功率传输，除非电池已满(触碰下边界)或完全耗尽(触碰上边界)，否则传输功率不应改变。
(2)为了达到最优功率分配，在传输结束时所有的能量都应被耗尽；并且，在采集能量时不产生能量溢出，即，至少要用到下边界能量以上，这样才不会产生能量的浪费。
(3)对于最优功率分配，当电池耗尽时，能量到达时刻sn的功率pn必须变大；当电池充满时，能量到达时刻sn的功率pn必须变小，否则都将违背能量可行性。原因是：由于能量可行性的限制，有时候并不能用一种恒定功率一直传输，所以此时不得不变换功率传输，在满足能量可行性的情况下使吞吐量最大化。
综上所述，本发明的方案，考虑了一个单输入单输出的节点系统，其中源节点利用能量采集技术收集的能量向目的节点发送信息。本发明的方案，以吞吐量最大化为目标函数，提出了一种最优传输算法，该算法在系统规定的能量可行域中表现为一条穿过能量可行域的最短折线。
图10为最优功率传输算法的一实施例的能耗曲线示意图。如图10所示的例子为当效能函数为凸函数时的最优传输功率分配的仿真结果。图10中，最左侧实线和最右侧实线为能量隧道的上下边界；最左侧实线和最右侧实线中间的虚线是当效能函数为凸函数时采用最优传输算法的能耗曲线。
在本发明的方案中，以吞吐量最大化为目标函数，提出能量可行域，在能量可行域中规划出一条最短路径，即最优传输算法。一个无线传输系统，它由一个源节点、一个目的节点组成。其中源节点采集能量，并且能量收集节点电池容量有限。源节点可以连续传输，其发射功率可以通过发射速率控制来改变，效能函数为凸函数。
由于本实施例的光伏发电系统所实现的处理及功能基本相应于前述图3所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过以光伏面板组件为源节点，以蓄电池为目的节点，以吞吐量最大化为目标函数，提出了一种最优传输算法，并根据该控制算法控制源节点与目的节点之间的光伏传输功率的传输过程，能够提升光伏传输功率。
根据本发明的实施例，还提供了对应于光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法的一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行以上所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法。
由于本实施例的存储介质所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图2所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过以光伏面板组件为源节点，以蓄电池为目的节点，以吞吐量最大化为目标函数，源节点可以连续传输，其发射功率可以通过发射速率控制来改变，效能函数为凸函数，采用最优传输算法的能耗曲线，能够减小能耗，提升光伏传输功率。
根据本发明的实施例，还提供了对应于光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法的一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行以上所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法。
由于本实施例的处理器所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图2所示的方法的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过以吞吐量最大化为目标函数，提出能量可行域，在能量可行域中规划出一条最短路径，即最优传输算法，并根据该控制算法控制源节点与目的节点之间的光伏传输功率的传输过程，能够提升光伏传输功率。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，其特征在于，所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池；光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，包括：
以所述光伏面板组件为源节点，并以蓄电池为目的节点，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法；
根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，以使所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率达到设定的最优光伏传输功率。
2.根据权利要求1所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，其特征在于，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，包括：
设置所述源节点的发射速率r(p(t))，以通过控制所述源节点的发射速率r(p(t))，对所述源节点的发射功率p(t)进行控制；所述源节点的发射速率r(p(t))的函数，为效能函数；
根据所述源节点的发射速率r(p(t))，在设定的能量传输范围内，在设定时间[0,T]，设置所述源节点的最大发射量P1如公式(1)：
P1:
Figure FDA0002827836590000011
其中，β是发射功率p(t)的区间范围，β的表达式如公式(2)：
Figure FDA0002827836590000012
在公式(2)中，Emax是蓄电池的最大存储容量，sn为能量到达时间，Ek为所述源节点在每个能量到达时间的时间点t采集的能量，s为时间，t′为[sn-1,sn]的任意一时刻的时间。
3.根据权利要求2所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，其特征在于，所述源节点的发射速率r(p(t))，是一个非负且递增的凸函数。
4.根据权利要求2或3所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，其特征在于，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，包括：
根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个非负且递增的凸函数的情况下，按恒功率传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
5.根据权利要求2或3所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法，其特征在于，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：
根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述目的节点的能量低于设定的最低能量的情况下，在能量到达时刻sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变大；在所述目的节点的能量高于设定的最高能量的情况下，在能量到达时刻Sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变小。
6.一种光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置，其特征在于，所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池；光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置，包括：
设置单元，被配置为以所述光伏面板组件为源节点，并以蓄电池为目的节点，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法；
控制单元，被配置为根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，以使所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率达到设定的最优光伏传输功率。
7.根据权利要求6所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置，其特征在于，所述设置单元，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，包括：
设置所述源节点的发射速率r(p(t))，以通过控制所述源节点的发射速率r(p(t))，对所述源节点的发射功率p(t)进行控制；所述源节点的发射速率r(p(t))的函数，为效能函数；
根据所述源节点的发射速率r(p(t))，在设定的能量传输范围内，在设定时间[0,T]，设置所述源节点的最大发射量P1如公式(1)：
P1:
Figure FDA0002827836590000021
其中，β是发射功率p(t)的区间范围，β的表达式如公式(2)：
Figure FDA0002827836590000031
在公式(2)中，Emax是蓄电池的最大存储容量，sn为能量到达时间，Ek为所述源节点在每个能量到达时间的时间点t采集的能量，s为时间，t′为[sn-1,sn]的任意一时刻的时间。
8.根据权利要求7所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置，其特征在于，所述源节点的发射速率r(p(t))，是一个非负且递增的凸函数。
9.根据权利要求7或8所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，包括：
根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个非负且递增的凸函数的情况下，按恒功率传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
10.根据权利要求7或8所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置，其特征在于，所述控制单元，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：
根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率的控制算法，在所述目的节点的能量低于设定的最低能量的情况下，在能量到达时刻Sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变大；在所述目的节点的能量高于设定的最高能量的情况下，在能量到达时刻Sn的情况下控制所述源节点的发射功率p(t)变小。
11.一种光伏发电系统，其特征在于，包括：如权利要求6至10中任一项所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制装置。
12.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至5中任一项所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法。
13.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1至5中任一项所述的光伏发电系统的光伏传输功率的控制方法。
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