CN112701770A - 光伏发电系统及其功率控制方法、装置、介质及处理器 - Google Patents

光伏发电系统及其功率控制方法、装置、介质及处理器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光伏发电系统的功率控制方法、装置、光伏发电系统、存储介质及处理器，所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池；光伏发电系统的功率控制方法，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功率传输方式的控制算法；根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏功率传输方式的控制算法，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在设定时间内达到设定的最优光伏传输功率。该方案，通过设置基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，能够提升光伏传输功率。

Description

光伏发电系统及其功率控制方法、装置、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功率控制方法、装置、光伏发电系统、介质(即计算机可读存储介质)及处理器，具体涉及一种光伏发电系统的功率控制方法、装置、光伏发电系统、存储介质(即计算机可读存储介质)及处理器，尤其涉及一种基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法的光伏发电系统的功率控制方法、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功率控制方法、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，达到通过设置基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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功率控制方法中，所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池；光伏发电系统的功率控制方法，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功率传输方式的控制算法；根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏功率传输方式的控制算法，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在设定时间内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功率传输方式的控制算法，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 BDA0002829070720000021
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 BDA0002829070720000022
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))，是一个阶梯函数。
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功率传输方式的控制算法，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，利用阶梯函数的函数凸包的性质，将所述阶梯函数转化为一个凸函数；之后，使用基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
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功率控制装置中，所述光伏发电系统，包括：光伏面板组件和蓄电池；光伏发电系统的功率控制装置，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功率传输方式的控制算法；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功率传输方式的控制算法，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在设定时间内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功率传输方式的控制算法，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 BDA0002829070720000031
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 BDA0002829070720000032
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))，是一个阶梯函数。
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功率传输方式的控制算法，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，利用阶梯函数的函数凸包的性质，将所述阶梯函数转化为一个凸函数；之后，使用基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
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功率控制装置。
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功率控制方法。
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功率控制方法。
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基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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，通过设置基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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功率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功率传输方式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功率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为阶梯效能函数的凸包的一实施例的曲线示意图；
图9为阶梯效能函数的一实施例的曲线示意图；
图10为分时传输方案的一实施例的曲线示意图；
图11为分时传输策略的一实施例的能耗曲线示意图；
图12为吞吐量的一实施例的曲线示意图。
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功率控制方法，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；光伏发电系统的功率控制方法，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功率传输方式的控制算法(即基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法)。
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功率传输方式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功率传输方式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 BDA0002829070720000061
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 BDA0002829070720000062
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 BDA0002829070720000063
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 BDA0002829070720000071
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 BDA0002829070720000072
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 BDA0002829070720000073
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 BDA0002829070720000074
为[0,n-1]区间内电池收集的电量，
Figure BDA0002829070720000075
为[0,t’]消耗的电量，所以
Figure BDA0002829070720000076
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 BDA0002829070720000077
要小于时刻sn之前采集到的能量
Figure BDA0002829070720000078
因为是离散采集，所以求和。同时，[0,sn]累计消耗掉的能量要大于等于
Figure BDA0002829070720000079
否则会产生能量溢出。此公式含义为：采集的能量减去电池容量。总之，
Figure BDA00028290707200000710
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))，是一个阶梯函数。
具体地，发射速率r(p(t))是一个阶梯函数。对于这样一个阶梯函数，将所有顶点连接起来，即可以形成一个凸包。根据凸包的性质：任意函数的凸包总是一个凸函数。所以，阶梯效能函数的凸包是一个凸函数。当效能函数为阶梯函数时，使用分时传输策略能有效增大传输速率，且分时传输策略和当效能函数为凸函数时的最优传输功率的平均传输率相同。这样，对于阶梯效能函数，提出分时传输策略，使传输速率达到效能函数为凸函数时的效果，有效提高系统吞吐量。
在步骤S120处，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏功率传输方式的控制算法，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在设定时间内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，当效能函数为阶梯函数时，提出了函数凸包的概念，将阶梯函数转化为凸函数，使用分时传输策略能有效增大传输速率，提高传输速率，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功率传输方式的控制算法，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，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，对于电池容量有限的蓄电池，当效能函数为阶梯函数时，提出了函数凸包的概念，将阶梯函数转化为凸函数，提高传输速率。这样，对于阶梯效能函数，提出了函数凸包的概念，将阶梯函数转化为凸函数，使用分时传输策略能有效增大传输速率。
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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，利用阶梯函数的函数凸包的性质，将所述阶梯函数转化为一个凸函数。之后，使用基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
具体地，假设一个阶梯效能函数。用凸包的方法将阶梯效能函数的曲线中A、B连接起来，其中传输功率p2为传输功率p1和传输功率p3之间的任意一点。当传输功率p＝p1时，传输速率r＝r1，传输速率与p＝p2时一样。
假设传输功率p1，传输时间为t1，传输功率p3传输时间为t3。并且假设切换功率所需时间很短，可以忽略不计。当分时传输方案与用传输功率p2单独传输的能耗相同时，即：
p1·t1+p3·t3＝p2(t1+t3) (3)。
根据上式可以算出t1和t3的比例，如下：
Figure BDA0002829070720000091
假设采用分时传输方案之后平均传输速率为r，则在传输相同数据量的情况下，有：
r1·t1+r3·t3＝r(t1+t3) (5)。
推出：
Figure BDA0002829070720000092
可以证明在点(p2,r)在直线AB上，即传输速率r＝r2。所以，与阶梯效能函数原来的传输速率r1相比，分时传输策略的传输速率更大。
由此，本发明的方案中，当效能函数为阶梯函数时，使用分时传输策略能有效增大传输速率。并且，在传输时间比满足式(4)的情况下，使用传输功率p1、传输功率p3传输的先后传输顺序所达到的效果是一样的。
由此，通过设置一个单输入单输出的节点系统，其中源节点将其利用能量采集技术收集的能量向目的节点发送信息。以吞吐量最大化为目标函数，当效能函数为阶梯函数时，利用凸包的性质将阶梯函数转化为一个凸函数，然后使用分时传输算法能提高系统吞吐量。
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基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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，通过设置基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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功率控制方法的一种光伏发电系统的功率控制装置。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。光伏发电系统的功率控制装置，包括：
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功率传输方式的控制算法(即基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法)。该设置单元102的具体功能及处理参见步骤S110。
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功率传输方式的控制算法，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在设定时间内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，当效能函数为阶梯函数时，提出了函数凸包的概念，将阶梯函数转化为凸函数，使用分时传输策略能有效增大传输速率，提高传输速率，能够提升光伏传输功率。
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功率传输方式的控制算法，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 BDA0002829070720000101
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，β的表达式如公式(2)：
Figure BDA0002829070720000111
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 BDA0002829070720000112
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 BDA0002829070720000113
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 BDA0002829070720000114
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 BDA0002829070720000115
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 BDA0002829070720000121
为[0,n-1]区间内电池收集的电量，
Figure BDA0002829070720000122
为[0,t’]消耗的电量，所以
Figure BDA0002829070720000123
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 BDA0002829070720000124
要小于时刻sn之前采集到的能量
Figure BDA0002829070720000125
因为是离散采集，所以求和。同时，[0,sn]累计消耗掉的能量要大于等于
Figure BDA0002829070720000126
否则会产生能量溢出。此公式含义为：采集的能量减去电池容量。总之，
Figure BDA0002829070720000127
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))，是一个阶梯函数。
具体地，发射速率r(p(t))是一个阶梯函数。对于这样一个阶梯函数，将所有顶点连接起来，即可以形成一个凸包。根据凸包的性质：任意函数的凸包总是一个凸函数。所以，阶梯效能函数的凸包是一个凸函数。当效能函数为阶梯函数时，使用分时传输策略能有效增大传输速率，且分时传输策略和当效能函数为凸函数时的最优传输功率的平均传输率相同。这样，对于阶梯效能函数，提出分时传输策略，使传输速率达到效能函数为凸函数时的效果，有效提高系统吞吐量。
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功率传输方式的控制算法，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，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，对于电池容量有限的蓄电池，当效能函数为阶梯函数时，提出了函数凸包的概念，将阶梯函数转化为凸函数，提高传输速率。这样，对于阶梯效能函数，提出了函数凸包的概念，将阶梯函数转化为凸函数，使用分时传输策略能有效增大传输速率。
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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：
所述控制单元104，具体还被配置为在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，利用阶梯函数的函数凸包的性质，将所述阶梯函数转化为一个凸函数。之后，使用基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
具体地，假设一个阶梯效能函数。用凸包的装置将阶梯效能函数的曲线中A、B连接起来，其中传输功率p2为传输功率p1和传输功率p3之间的任意一点。当传输功率p＝p1时，传输速率r＝r1，传输速率与p＝p2时一样。
假设传输功率p1传输时间为t1，传输功率p3传输时间为t3。并且假设切换功率所需时间很短，可以忽略不计。当分时传输方案与用传输功率p2单独传输的能耗相同时，即：
p1·t1+p3·t3＝p2(t1+t3) (3)。
根据上式可以算出t1和t3的比例，如下：
Figure BDA0002829070720000131
假设采用分时传输方案之后平均传输速率为r，则在传输相同数据量的情况下，有：
r1·t1+r3·t3＝r(t1+t3) (5)。
推出：
Figure BDA0002829070720000132
可以证明在点(p2,r)在直线AB上，即传输速率r＝r2。所以，与阶梯效能函数原来的传输速率r1相比，分时传输策略的传输速率更大。
由此，本发明的方案中，当效能函数为阶梯函数时，使用分时传输策略能有效增大传输速率。并且，在传输时间比满足式(4)的情况下，使用传输功率p1、传输功率p3传输的先后传输顺序所达到的效果是一样的。
由此，通过设置一个单输入单输出的节点系统，其中源节点将其利用能量采集技术收集的能量向目的节点发送信息。以吞吐量最大化为目标函数，当效能函数为阶梯函数时，利用凸包的性质将阶梯函数转化为一个凸函数，然后使用分时传输算法能提高系统吞吐量。
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基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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，当效能函数为阶梯函数时，使用分时传输策略能有效增大传输速率。
根据本发明的实施例，还提供了对应于光伏发电系统的功率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功率控制装置。
在一些实施方式中，本发明的方案，提出一种基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法的光伏发电系统的功率控制方案。
具体地，本发明的方案，对于电池容量有限的蓄电池，当效能函数为阶梯函数时，提出了函数凸包的概念，将阶梯函数转化为凸函数，提高传输速率。这样，对于阶梯效能函数，提出了函数凸包的概念，将阶梯函数转化为凸函数，提高传输速率。一个阶梯函数就是一个分段常值函数，只是含有的阶段很多但是有限。
本发明的方案，当效能函数为阶梯函数时，使用分时传输策略能有效增大传输速率，且分时传输策略和当效能函数为凸函数时的最优传输功率的平均传输率相同。这样，对于阶梯效能函数，提出分时传输策略，使传输速率达到效能函数为凸函数时的效果，有效提高系统吞吐量。
下面结合图4至图12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，采集能量；Rx为目的节点，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)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为能量可行域的一实施例的曲线示意图。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蓝、绿线段之间的一条线。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 BDA0002829070720000167
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 BDA0002829070720000168
时电池为满电池，如图7中线段OB。
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 BDA0002829070720000161
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 BDA0002829070720000162
其中，
Figure BDA0002829070720000163
和s1都为时间，s1为第一个采集能量的时刻，
Figure BDA0002829070720000164
中的n1代表功率变化的第一个点，
Figure BDA0002829070720000165
就是功率变化的第一个点的时刻。比特数就是发射量，单位为比特。功率的单位为w(瓦)。
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)消耗掉的能量是已经采集到的能量，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 BDA0002829070720000166
以便下次采集能量时不会产生能量溢出。
上式中r(·)，即r(p(t))，是阶梯函数，如图8所示。图8为阶梯效能函数的凸包的一实施例的曲线示意图。对于这样一个阶梯函数，将所有顶点连接起来，即可以形成一个凸包。根据凸包的性质：任意函数的凸包总是一个凸函数。所以，阶梯效能函数的凸包是一个凸函数。
假设一个阶梯效能函数，如图9所示。图9为阶梯效能函数的一实施例的曲线示意图。在这里用凸包的方法将A、B连接起来，其中传输功率p2为传输功率p1和传输功率p3之间的任意一点。当传输功率p＝p1时，传输速率r＝r1，传输速率与p＝p2时一样。
下面本发明的方案将考虑一种分时传输方案，用传输功率p1、传输功率p3分时传输，如图10所示。图10为分时传输方案的一实施例的曲线示意图。
在图10所示的例子中，假设传输功率p1传输时间为t1，传输功率p3传输时间为t3；并且假设切换功率所需时间很短，可以忽略不计。当分时传输方案与用传输功率p2单独传输的能耗相同时，即：
p1·t1+p3·t3＝p2(t1+t3) (3)；
根据上式可以算出t1和t3的比例，如下：
Figure BDA0002829070720000171
假设采用分时传输方案之后平均传输速率为r，则在传输相同数据量的情况下，有：
r1·t1+r3·t3＝r(t1+t3) (5)；
推出：
Figure BDA0002829070720000172
可以证明在图10中点(p2,r)在直线AB上，即传输速率r＝r2。所以，与阶梯效能函数原来的传输速率r1相比，分时传输策略的传输速率更大。
由此，本发明的方案中，当效能函数为阶梯函数时，使用分时传输策略能有效增大传输速率。并且，在传输时间比满足式(4)的情况下，使用传输功率p1、传输功率p3传输的先后传输顺序所达到的效果是一样的。
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，其中源节点将其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，提出了一种针对最优传输算法的改进算法。当效能函数为阶梯函数时，利用凸包的性质将阶梯函数转化为一个凸函数，然后使用分时传输算法能提高系统吞吐量，并且其平均传输速率和最优传输算法的一样。其中，将阶梯函数的所有顶点连接起来，即可以形成一个凸包，参见图8所示的例子。
图11为分时传输策略的一实施例的能耗曲线示意图。图11可以显示当效能函数为阶梯函数时采用分时传输策略的仿真结果图。图11中最左侧和最右侧的实线为能量隧道的上下边界；带三角形和x形的折线是当效能函数为阶梯函数时采用两种分时传输策略的能耗曲线；中间的双点划线既是当效能函数为香农信道容量时采用最优传输算法的能耗曲线，又是分时传输策略在时间段[0,4]、[4,9]、[9,12]的平均能耗曲线。
图12为吞吐量的一实施例的曲线示意图。图12可以显示最优传输策略、分时传输策略和直接利用阶梯函数功率传输的直接传输策略的吞吐量曲线。从图12所示的例子可以看出，分时传输策略要比直接传输策略的吞吐量要提高很多。
本发明的方案，在当效能函数r(p(t))为阶梯函数时，利用函数凸包的性质使阶梯函数变为凸函数，提高系统吞吐量。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，在此基础上，当效能函数为阶梯函数时，提出一种改进算法，分数传输策略。本发明的系统环境为：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，其效能函数r(p(t))为非凸函数：阶梯函数。
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，设置源节点与目的节点之间的基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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，对于阶梯效能函数，提出分时传输策略，使传输速率达到效能函数为凸函数时的效果。
根据本发明的实施例，还提供了对应于光伏发电系统的功率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功率控制方法。
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，设置源节点与目的节点之间的基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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，能够有效提高光伏发电系统的吞吐量。
根据本发明的实施例，还提供了对应于光伏发电系统的功率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功率控制方法。
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基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，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，能够提高光伏功率的传输速率。
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功率控制方法，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；光伏发电系统的功率控制方法，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功率传输方式的控制算法；
根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏功率传输方式的控制算法，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在设定时间内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功率控制方法，其特征在于，设置所述源节点与所述目的节点之间的光伏功率传输方式的控制算法，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 FDA0002829070710000011
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 FDA0002829070710000012
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功率控制方法，其特征在于，所述源节点的发射速率r(p(t))，是一个阶梯函数。
4.根据权利要求2或3所述的光伏发电系统的功率控制方法，其特征在于，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏功率传输方式的控制算法，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，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4所述的光伏发电系统的功率控制方法，其特征在于，根据所述源节点与所述目的节点之间的光伏功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：
在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，利用阶梯函数的函数凸包的性质，将所述阶梯函数转化为一个凸函数；之后，使用基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
6.一种光伏发电系统的功率控制装置，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；光伏发电系统的功率控制装置，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功率传输方式的控制算法；
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功率传输方式的控制算法，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在设定时间内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功率控制装置，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功率传输方式的控制算法，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 FDA0002829070710000021
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 FDA0002829070710000031
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功率控制装置，其特征在于，所述源节点的发射速率r(p(t))，是一个阶梯函数。
9.根据权利要求7或8所述的光伏发电系统的功率控制装置，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功率传输方式的控制算法，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，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9所述的光伏发电系统的功率控制装置，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功率传输方式的控制算法，在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，按分时传输方式，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率，还包括：
在所述源节点的发射速率r(p(t))是一个阶梯函数的情况下，利用阶梯函数的函数凸包的性质，将所述阶梯函数转化为一个凸函数；之后，使用基于阶梯效能函数的光伏分时传输算法，控制所述源节点与所述目的节点之间的光伏传输功率。
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功率控制装置。
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功率控制方法。
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功率控制方法。
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