CN116996011A - 一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，包括：光伏柔性调控器，用于负责监测和控制光伏系统的功率输出；光伏逆变器，用于将光伏系统产生的直流电转换为交流电的关键设备；载波通信设备，用于接收来自光伏柔性调控器的指令和数据，并将其传输给光伏逆变器，同时，接收来自光伏逆变器的数据，并传输给光伏柔性调控器；融合终端APP，用于负责用户与光伏柔性调控器进行交互和控制。本发明中，集接口拓展、载波通信、就地分析计算等功能模块于一体，实时采集光伏功率数据，通过载波通信上传给融合终端APP，再利用融合终端APP计算光伏功率调控指令，以保证功率上送不会导致变压器过载。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电系统技术领域，尤其涉及一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器。
背景技术
在台区内的分布式光伏发电系统中，光伏电站通常分布在不同的建筑物或设施上，通过并网接入电力系统。由于光伏发电系统的输出功率受到光照强度、温度等因素的影响，其具有不稳定性。为了确保电力系统的稳定运行，需要对光伏发电系统进行调控。分布式光伏柔性调控器是一种特定类型的光伏调控设备，用于对分布式光伏发电系统进行灵活调节和控制。它能够根据电网需求和光伏系统的实际情况，实时调整分布式光伏系统的输出功率，以适应电网负荷变化和保护设备安全。
现有技术中，针对台区内分布式光伏渗透率过高，大功率上送会导致台区保护或者设备损坏，因此，提出的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在针对台区内分布式光伏渗透率过高，大功率上送会导致台区保护或者设备损坏的缺点，而提出的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，包括：
光伏柔性调控器，用于负责监测和控制光伏系统的功率输出；
光伏逆变器，用于将光伏系统产生的直流电转换为交流电的关键设备；
载波通信设备，用于接收来自光伏柔性调控器的指令和数据，并将其传输给光伏逆变器，同时，接收来自光伏逆变器的数据，并传输给光伏柔性调控器；
融合终端APP，用于负责用户与光伏柔性调控器进行交互和控制；
所述光伏柔性调控器能够实时采集光伏功率数据，并通过载波通信上传给融合终端APP，所述载波通信设备接收融合终端APP计算得到的功率调控指令，所述融合终端APP接收光伏功率数据，并进行计算得到功率调控指令，然后通过载波通信下达给光伏逆变器，所述光伏柔性调控器包括光伏功率采集模块、功率调控算法模块与通信模块，所述融合终端APP设置有融合终端模块，所述融合终端模块能够进行光伏功率数据的分析和计算，生成相应的功率调控指令。
上述技术方案进一步包括：
所述光伏功率采集模块负责实时采集光伏系统的功率数据，所述功率调控算法模块根据系统需求和外部环境因素，生成相应的功率调控指令，所述通信模块用于与载波通信设备进行连接和数据交换。
所述载波通信设备设置有载波通信模块，所述载波通信模块接收来自光伏柔性调控器的功率调控指令和数据，所述载波通信模块将接收到的指令和数据传输给光伏逆变器，所述载波通信模块还能够接收光伏逆变器传输过来的数据，所述载波通信模块将接收到的光伏逆变器数据传输给光伏柔性调控器，所述载波通信模块通常包括载波通信芯片、通信协议和连接接口。
所述光伏逆变器包括逆变器控制模块、电力转换模块与数据采集模块，所述逆变器控制模块用于接收来自载波通信模块的指令，并根据指令控制光伏系统的输出功率，所述电力转换模块将直流电转换为交流电，所述数据采集模块负责采集光伏逆变器模块的运行状态和输出数据，所述载波通信模块通过载波通信芯片将指令和数据传输给光伏逆变器的逆变器控制模块，所述逆变器控制慕课根据接收到的指令控制光伏系统的输出功率，所述数据采集模块负责采集光伏逆变器的运行状态和输出数据，并将这些数据传输给载波通信模块。
所述融合终端模块提供用户友好的界面，使用户能够直观地监测光伏系统的运行状态，所述融合终端模块负责对采集到的数据进行处理和分析，所述融合终端模块实时处理光伏系统的数据，并将这些数据转化为用户能够理解的形式，所述融合终端模块还能够进行数据的存储和备份，以便用户随时查看和分析历史数据，所述融合终端模块通过载波通信模块与光伏柔性调控器的通信模块建立连接，实现与调控器的数据交互和控制。
包括辅助设备，用于满足光伏系统的整体运行需求，所述辅助设备包括：
传感器模块，用于监测光伏系统的环境参数；
数据存储模块，用于存储光伏系统采集到的数据；
光伏电池组模块，用于将太阳能转化为电能；
电网连接模块，用于将光伏系统发出的电能与电网进行连接，实现光伏发电的并网运行；
所述传感器数据采集与光伏柔性调控器之间数据交互，所述传感器模块能够采集光伏系统的数据，并将这些数据发送给光伏柔性调控器，所述光伏电池组模块与光伏逆变器之间数据交互，所述光伏电池组模块能够监测和管理光伏电池组的状态和性能数据，并将这些数据发送给光伏逆变器，所述光伏逆变器能够根据光伏电池组模块提供的数据，进行相应的电能转换和管理，以满足电网的要求，所述数据存储模块与融合终端模块之间数据交互，所述融合终端模块能够从数据存储模块中获取相关数据，并进行处理、分析和展示，以便用户进行数据监测和管理。
所述电网连接模块需要获取光伏电池组模块的发电数据和状态信息，以便根据电网的要求进行调节和控制，所述电网连接模块需要与光伏逆变器进行数据交互，以实现光伏发电系统与电网的安全连接和并网运行，所述电网连接模块需要与融合终端模块进行数据交互，以便用户能够监测和管理光伏系统的运行状态和电能输出情况。
所述功率调控算法模块应用有模型预测控制算法(Model Predictive Control,MPC)，最小化目标函数J＝Σ(Qx(k)+Ru(k))，其中，k代表时间步，Q和R是权重矩阵，x(k)是系统的状态向量，u(k)是控制输入向量；
约束条件：Ax(k+1)＝Bx(k)+Cu(k)、ul<＝u(k)<＝uh、xl<＝x(k)<＝xh，其中，A、B、C是系统的状态转移矩阵，ul和uh是控制输入的上下限，xl和xh是状态变量的上下限，通过求解以上优化问题，得到最优的控制输入u(k)，然后将其应用于系统中，执行控制操作，在下一个时间步，重复上述步骤，进行预测、优化和控制执行。
所述融合终端模块用移动窗口平均算法来进行就地分析计算：
步骤1：确定要计算平均功率的时间窗口大小；
步骤2：收集一定时间窗口内的光伏功率数据；
步骤3：将收集到的功率数据进行求和，然后除以时间窗口的大小，得到平均功率值；
步骤4：根据平均功率值，判断当前的光伏发电输出是否过高或过低；
步骤5：移动窗口平均算法需要不断地更新时间窗口，在每次计算完平均功率后，将时间窗口向后滑动一个时间间隔，继续收集新的功率数据；
步骤6：:重复步骤1、步骤2、步骤3、步骤4与步骤5。
本发明具备以下有益效果：
1、本发明中，集接口拓展、载波通信、就地分析计算等功能模块于一体，实时采集光伏功率数据，通过载波通信上传给融合终端APP，再利用融合终端APP计算光伏功率调控指令，以保证功率上送不会导致变压器过载，解决了台区内分布式光伏渗透率过高，大功率上送会导致台区保护或者设备损坏的问题。
2、本发明中，"就地分析计算"和"功率调控算法模块生成功率调控指令"相互协作，充分利用了融合终端模块的实时性和灵活性，以及功率调控算法模块的精确性和优化能力，这样能够在保证实时性的同时，兼顾了功率调控的准确性和效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器的具体模块框图；
图2为本发明提出的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器的整体系统框图；
图3为本发明提出的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器的电网连接模块结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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。
如图1-3所示，一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，包括：
光伏柔性调控器，用于负责监测和控制光伏系统的功率输出；
光伏逆变器，用于将光伏系统产生的直流电转换为交流电的关键设备；
载波通信设备，用于接收来自光伏柔性调控器的指令和数据，并将其传输给光伏逆变器，同时，接收来自光伏逆变器的数据，并传输给光伏柔性调控器；
融合终端APP，用于负责用户与光伏柔性调控器进行交互和控制；
光伏柔性调控器能够实时采集光伏功率数据，并通过载波通信上传给融合终端APP，载波通信设备接收融合终端APP计算得到的功率调控指令，融合终端APP接收光伏功率数据，并进行计算得到功率调控指令，然后通过载波通信下达给光伏逆变器，光伏柔性调控器包括光伏功率采集模块、功率调控算法模块与通信模块，融合终端APP设置有融合终端模块，融合终端模块能够进行光伏功率数据的分析和计算，生成相应的功率调控指令。
光伏功率采集模块负责实时采集光伏系统的功率数据，功率调控算法模块根据系统需求和外部环境因素，生成相应的功率调控指令，通信模块用于与载波通信设备进行连接和数据交换。
载波通信设备设置有载波通信模块，载波通信模块接收来自光伏柔性调控器的功率调控指令和数据，载波通信模块将接收到的指令和数据传输给光伏逆变器，载波通信模块还能够接收光伏逆变器传输过来的数据，载波通信模块将接收到的光伏逆变器数据传输给光伏柔性调控器，载波通信模块通常包括载波通信芯片、通信协议和连接接口。
光伏逆变器包括逆变器控制模块、电力转换模块与数据采集模块，逆变器控制模块用于接收来自载波通信模块的指令，并根据指令控制光伏系统的输出功率，电力转换模块将直流电转换为交流电，数据采集模块负责采集光伏逆变器模块的运行状态和输出数据，载波通信模块通过载波通信芯片将指令和数据传输给光伏逆变器的逆变器控制模块，逆变器控制慕课根据接收到的指令控制光伏系统的输出功率，数据采集模块负责采集光伏逆变器的运行状态和输出数据，并将这些数据传输给载波通信模块。
融合终端模块提供用户友好的界面，使用户能够直观地监测光伏系统的运行状态，融合终端模块负责对采集到的数据进行处理和分析，融合终端模块实时处理光伏系统的数据，并将这些数据转化为用户能够理解的形式，融合终端模块还能够进行数据的存储和备份，以便用户随时查看和分析历史数据，融合终端模块通过载波通信模块与光伏柔性调控器的通信模块建立连接，实现与调控器的数据交互和控制。
包括辅助设备，用于满足光伏系统的整体运行需求，辅助设备包括：
传感器模块，用于监测光伏系统的环境参数；
数据存储模块，用于存储光伏系统采集到的数据；
光伏电池组模块，用于将太阳能转化为电能；
电网连接模块，用于将光伏系统发出的电能与电网进行连接，实现光伏发电的并网运行；
传感器数据采集与光伏柔性调控器之间数据交互，传感器模块能够采集光伏系统的数据，并将这些数据发送给光伏柔性调控器，光伏电池组模块与光伏逆变器之间数据交互，光伏电池组模块能够监测和管理光伏电池组的状态和性能数据，并将这些数据发送给光伏逆变器，光伏逆变器能够根据光伏电池组模块提供的数据，进行相应的电能转换和管理，以满足电网的要求，数据存储模块与融合终端模块之间数据交互，融合终端模块能够从数据存储模块中获取相关数据，并进行处理、分析和展示，以便用户进行数据监测和管理。
电网连接模块需要获取光伏电池组模块的发电数据和状态信息，以便根据电网的要求进行调节和控制，电网连接模块需要与光伏逆变器进行数据交互，以实现光伏发电系统与电网的安全连接和并网运行，电网连接模块需要与融合终端模块进行数据交互，以便用户能够监测和管理光伏系统的运行状态和电能输出情况。
功率调控算法模块应用有模型预测控制算法(Model Predictive Control,MPC)，最小化目标函数J＝Σ(Qx(k)+Ru(k))，其中，k代表时间步，Q和R是权重矩阵，x(k)是系统的状态向量，u(k)是控制输入向量；
约束条件：Ax(k+1)＝Bx(k)+Cu(k)、ul<＝u(k)<＝uh、xl<＝x(k)<＝xh，其中，A、B、C是系统的状态转移矩阵，ul和uh是控制输入的上下限，xl和xh是状态变量的上下限，通过求解以上优化问题，得到最优的控制输入u(k)，然后将其应用于系统中，执行控制操作，在下一个时间步，重复上述步骤，进行预测、优化和控制执行。
融合终端模块用移动窗口平均算法来进行就地分析计算：
步骤1：确定要计算平均功率的时间窗口大小；
步骤2：收集一定时间窗口内的光伏功率数据；
步骤3：将收集到的功率数据进行求和，然后除以时间窗口的大小，得到平均功率值；
步骤4：根据平均功率值，判断当前的光伏发电输出是否过高或过低；
步骤5：移动窗口平均算法需要不断地更新时间窗口，在每次计算完平均功率后，将时间窗口向后滑动一个时间间隔，继续收集新的功率数据；
步骤6：:重复步骤1、步骤2、步骤3、步骤4与步骤5。
本发明的实施例中，通过设计模块之间的标准接口和通信协议，实现模块之间的数据交换和通信，这样能够确保各个模块能够相互连接和协同工作，实现功能的集成；
在光伏柔性调控器和载波通信设备之间，使用载波通信技术进行数据传输，载波通信设备能够负责接收光伏柔性调控器发送的功率数据，并将其上传给融合终端APP，同时，载波通信设备也能够接收来自融合终端APP的功率调控指令，并通过载波通信技术下发给光伏逆变器；
在融合终端模块中，使用移动窗口平均算法来进行的就地分析计算，生成相应的功率调控指令，这样能够确保功率调控指令的计算在就地进行，减少了数据传输和延迟；
首先，融合终端模块中通过对光伏功率数据进行实时分析和计算，提供一些初步的功率调控指令，这些指令可能是根据系统需求和外部环境因素，使用一些简单的算法和规则生成的，然后，将这些初步的功率调控指令传输给功率调控算法模块，功率调控算法模块会根据模型预测控制算法，收集历史的光伏功率和电网负荷数据，包括不同天气条件下的光伏功率变化和电网负荷变化，对收集到的数据进行预处理，包括数据清洗、异常值处理、缺失值填充等，确保数据的质量和完整性，从收集到的数据中提取有用的特征，使用历史数据进行模型训练，得到预测模型，利用训练好的模型对未来一段时间的光伏功率和电网负荷进行预测，利用模型预测控制算法(Model Predictive Control,MPC)通过调整光伏发电系统的工作参数，如倾斜角度、储能系统的充放电策略等，以实现光伏发电与电网负荷之间的平衡，优化调控策略应用到实际光伏发电系统中，并进行实施和监测，以确保功率上送不会导致变压器过载。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，能够理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下能够对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，其特征在于，包括：
光伏柔性调控器，用于负责监测和控制光伏系统的功率输出；
光伏逆变器，用于将光伏系统产生的直流电转换为交流电的关键设备；
载波通信设备，用于接收来自光伏柔性调控器的指令和数据，并将其传输给光伏逆变器，同时，接收来自光伏逆变器的数据，并传输给光伏柔性调控器；
融合终端APP，用于负责用户与光伏柔性调控器进行交互和控制；
所述光伏柔性调控器能够实时采集光伏功率数据，并通过载波通信上传给融合终端APP，所述载波通信设备接收融合终端APP计算得到的功率调控指令，所述融合终端APP接收光伏功率数据，并进行计算得到功率调控指令，然后通过载波通信下达给光伏逆变器，所述光伏柔性调控器包括光伏功率采集模块、功率调控算法模块与通信模块，所述融合终端APP设置有融合终端模块，所述融合终端模块能够进行光伏功率数据的分析和计算，生成相应的功率调控指令。
2.根据权利要求1所述的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，其特征在于，所述光伏功率采集模块负责实时采集光伏系统的功率数据，所述功率调控算法模块根据系统需求和外部环境因素，生成相应的功率调控指令，所述通信模块用于与载波通信设备进行连接和数据交换。
3.根据权利要求1所述的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，其特征在于，所述载波通信设备设置有载波通信模块，所述载波通信模块接收来自光伏柔性调控器的功率调控指令和数据，所述载波通信模块将接收到的指令和数据传输给光伏逆变器，所述载波通信模块还能够接收光伏逆变器传输过来的数据，所述载波通信模块将接收到的光伏逆变器数据传输给光伏柔性调控器，所述载波通信模块通常包括载波通信芯片、通信协议和连接接口。
4.根据权利要求3所述的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，其特征在于，所述光伏逆变器包括逆变器控制模块、电力转换模块与数据采集模块，所述逆变器控制模块用于接收来自载波通信模块的指令，并根据指令控制光伏系统的输出功率，所述电力转换模块将直流电转换为交流电，所述数据采集模块负责采集光伏逆变器模块的运行状态和输出数据，所述载波通信模块通过载波通信芯片将指令和数据传输给光伏逆变器的逆变器控制模块，所述逆变器控制慕课根据接收到的指令控制光伏系统的输出功率，所述数据采集模块负责采集光伏逆变器的运行状态和输出数据，并将这些数据传输给载波通信模块。
5.根据权利要求2所述的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，其特征在于，所述融合终端模块提供用户友好的界面，使用户能够直观地监测光伏系统的运行状态，所述融合终端模块负责对采集到的数据进行处理和分析，所述融合终端模块实时处理光伏系统的数据，并将这些数据转化为用户能够理解的形式，所述融合终端模块还能够进行数据的存储和备份，以便用户随时查看和分析历史数据，所述融合终端模块通过载波通信模块与光伏柔性调控器的通信模块建立连接，实现与调控器的数据交互和控制。
6.根据权利要求1所述的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，包括辅助设备，用于满足光伏系统的整体运行需求，其特征在于，所述辅助设备包括：
传感器模块，用于监测光伏系统的环境参数；
数据存储模块，用于存储光伏系统采集到的数据；
光伏电池组模块，用于将太阳能转化为电能；
电网连接模块，用于将光伏系统发出的电能与电网进行连接，实现光伏发电的并网运行；
所述传感器数据采集与光伏柔性调控器之间数据交互，所述传感器模块能够采集光伏系统的数据，并将这些数据发送给光伏柔性调控器，所述光伏电池组模块与光伏逆变器之间数据交互，所述光伏电池组模块能够监测和管理光伏电池组的状态和性能数据，并将这些数据发送给光伏逆变器，所述光伏逆变器能够根据光伏电池组模块提供的数据，进行相应的电能转换和管理，以满足电网的要求，所述数据存储模块与融合终端模块之间数据交互，所述融合终端模块能够从数据存储模块中获取相关数据，并进行处理、分析和展示，以便用户进行数据监测和管理。
7.根据权利要求6所述的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，其特征在于，所述电网连接模块需要获取光伏电池组模块的发电数据和状态信息，以便根据电网的要求进行调节和控制，所述电网连接模块需要与光伏逆变器进行数据交互，以实现光伏发电系统与电网的安全连接和并网运行，所述电网连接模块需要与融合终端模块进行数据交互，以便用户能够监测和管理光伏系统的运行状态和电能输出情况。
8.根据权利要求1所述的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，其特征在于，所述功率调控算法模块应用有模型预测控制算法(Model Predictive Control,MPC)，最小化目标函数J＝Σ(Qx(k)+Ru(k))，其中，k代表时间步，Q和R是权重矩阵，x(k)是系统的状态向量，u(k)是控制输入向量；
约束条件：Ax(k+1)＝Bx(k)+Cu(k)、ul<＝u(k)<＝uh、xl<＝x(k)<＝xh，其中，A、B、C是系统的状态转移矩阵，ul和uh是控制输入的上下限，xl和xh是状态变量的上下限，通过求解以上优化问题，得到最优的控制输入u(k)，然后将其应用于系统中，执行控制操作，在下一个时间步，重复上述步骤，进行预测、优化和控制执行。
9.根据权利要求1所述的一种基于载波通信的分布式光伏柔性调控器，其特征在于，所述融合终端模块用移动窗口平均算法来进行就地分析计算：
步骤1：确定要计算平均功率的时间窗口大小；
步骤2：收集一定时间窗口内的光伏功率数据；
步骤3：将收集到的功率数据进行求和，然后除以时间窗口的大小，得到平均功率值；
步骤4：根据平均功率值，判断当前的光伏发电输出是否过高或过低；
步骤5：移动窗口平均算法需要不断地更新时间窗口，在每次计算完平均功率后，将时间窗口向后滑动一个时间间隔，继续收集新的功率数据；
步骤6：:重复步骤1、步骤2、步骤3、步骤4与步骤5。
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