本發(fā)明涉及能源管理，尤其涉及一種應(yīng)用于孤立海島的光伏微電網(wǎng)的光伏逆變器。

背景技術(shù)：

1、能源管理技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ｗ⒂趦?yōu)化能源使用效率，確保能源供應(yīng)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。在光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)中，能源管理涉及對(duì)多種能源(如太陽能、風(fēng)能)的集成與協(xié)調(diào)，以及能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的有效運(yùn)用。技術(shù)目標(biāo)包括減少能源浪費(fèi)、提升系統(tǒng)響應(yīng)速度，并通過智能調(diào)度和實(shí)時(shí)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)對(duì)能源流的最優(yōu)控制。

2、其中，應(yīng)用于孤立海島的光伏微電網(wǎng)的光伏逆變器用于孤立海島上的光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)。能夠?qū)⑻柲茈姵匕迳傻闹绷麟娹D(zhuǎn)換為適用于電網(wǎng)和家庭電器的交流電。在孤立的海島環(huán)境中，還能減少對(duì)外界能源的依賴。光伏微電網(wǎng)不僅能夠滿足島上基本的日常用電需要，還可以在緊急情況下作為備用電源。

3、盡管現(xiàn)有的光伏微電網(wǎng)系統(tǒng)提供了電力轉(zhuǎn)換功能，但在高度變化的環(huán)境條件下，容易表現(xiàn)出調(diào)整速度慢和響應(yīng)不足的問題。特別在孤立海島的封閉環(huán)境中，電網(wǎng)的獨(dú)立性要求設(shè)備能夠即時(shí)反應(yīng)各種外部變化，包括天氣變化和負(fù)載波動(dòng)。而傳統(tǒng)系統(tǒng)則難以有效預(yù)見和準(zhǔn)備對(duì)突發(fā)天氣變化的應(yīng)對(duì)，導(dǎo)致在關(guān)鍵時(shí)刻無法滿足能源需求。此外，現(xiàn)有技術(shù)在電網(wǎng)負(fù)載突然增加時(shí)系統(tǒng)難以即時(shí)提供足夠的電力。例如電網(wǎng)在需求高峰時(shí)無法調(diào)高輸出，或在低需求時(shí)無法減少能源浪費(fèi)，限制了電網(wǎng)運(yùn)行效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種應(yīng)用于孤立海島的光伏微電網(wǎng)的光伏逆變器。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種應(yīng)用于孤立海島的光伏微電網(wǎng)的光伏逆變器，所述光伏逆變器包括，

3、能源狀態(tài)分類模塊基于光伏電網(wǎng)電量和天氣數(shù)據(jù)，提取溫度和光照強(qiáng)度多項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，生成狀態(tài)分類索引；

4、能源轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)模塊采用所述狀態(tài)分類索引，分析每個(gè)狀態(tài)間轉(zhuǎn)換頻率，整合未來天氣預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，通過概率計(jì)算預(yù)測(cè)能源狀態(tài)變化，得到能源轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)結(jié)果；

5、功率調(diào)節(jié)模塊通過所述能源轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)結(jié)果，逐項(xiàng)調(diào)整逆變器的輸出參數(shù)，同步調(diào)整功率等級(jí)和頻率匹配預(yù)測(cè)狀態(tài)，生成調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置；

6、最優(yōu)路徑分析模塊采用所述調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置，比較交流與直流傳輸?shù)哪苄В鶕?jù)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前負(fù)載選定傳輸方式和路徑，得到路徑選擇結(jié)果；

7、輸出調(diào)整控制模塊基于所述路徑選擇結(jié)果，調(diào)整逆變器的輸出設(shè)置，更新功率輸出和頻率，優(yōu)化能源分配，生成輸出控制配置；

8、能量調(diào)配模塊通過所述輸出控制配置，重新配置充電和放電時(shí)序平衡負(fù)載需求，優(yōu)化能量使用效率，生成能量分配計(jì)劃。

9、本發(fā)明改進(jìn)有，所述狀態(tài)分類索引包括對(duì)數(shù)據(jù)分段的標(biāo)準(zhǔn)閾值、每種級(jí)別狀態(tài)對(duì)應(yīng)的能源產(chǎn)出范圍，以及環(huán)境參數(shù)影響因子的分類權(quán)重，所述能源轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)結(jié)果包括每種狀態(tài)的概率分布、預(yù)期狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)以及狀態(tài)持續(xù)周期，所述調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置包括逆變器的最大和最小功率輸出限制、頻率調(diào)節(jié)范圍，以及預(yù)設(shè)的功率調(diào)整步進(jìn)值，所述輸出控制配置包括調(diào)整的功率輸出曲線、設(shè)定頻率的調(diào)整，以及逆變器響應(yīng)時(shí)間設(shè)定，所述能量分配計(jì)劃包括充電和放電的優(yōu)先級(jí)排序、調(diào)整后的時(shí)間表，以及每個(gè)時(shí)間段的目標(biāo)能源存儲(chǔ)量。

10、本發(fā)明改進(jìn)有，所述能源狀態(tài)分類模塊包括：

11、環(huán)境監(jiān)測(cè)子模塊根據(jù)孤立海島氣候條件，收集光伏電網(wǎng)電量和天氣數(shù)據(jù)，包括島嶼的溫度和光照強(qiáng)度，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到海島環(huán)境數(shù)據(jù)集；

12、產(chǎn)出分層分析子模塊利用所述海島環(huán)境數(shù)據(jù)集，根據(jù)光照和溫度數(shù)據(jù)將能源產(chǎn)出分為優(yōu)、良、差三個(gè)層級(jí)，生成分層能源數(shù)據(jù)；

13、索引構(gòu)建子模塊從所述分層能源數(shù)據(jù)整合信息，將整合光照強(qiáng)度、溫度波動(dòng)多項(xiàng)關(guān)鍵因素，按照能源產(chǎn)出層級(jí)進(jìn)行編碼，生成狀態(tài)分類索引。

14、本發(fā)明改進(jìn)有，所述能源轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)模塊包括：

15、狀態(tài)趨勢(shì)分析子模塊依據(jù)所述狀態(tài)分類索引，通過隱馬爾可夫模型分析孤立海島環(huán)境下能源狀態(tài)的轉(zhuǎn)換趨勢(shì)，評(píng)估季節(jié)性和氣候變化對(duì)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的影響，得到能源狀態(tài)動(dòng)態(tài)分析結(jié)果；

16、氣候影響整合子模塊結(jié)合所述能源狀態(tài)動(dòng)態(tài)分析結(jié)果，整合未來的氣候條件數(shù)據(jù)，生成氣候預(yù)測(cè)模型；

17、轉(zhuǎn)換概率評(píng)估子模塊通過所述氣候預(yù)測(cè)模型，再次通過隱馬爾可夫模型分析給定環(huán)境條件下能源狀態(tài)的轉(zhuǎn)換概率，得到能源轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)結(jié)果。

18、本發(fā)明改進(jìn)有，所述隱馬爾可夫模型按照公式：

19、

20、其中，πk表示在初始觀察期狀態(tài)為k的概率，nk為初始觀測(cè)期狀態(tài)為k的出現(xiàn)次數(shù)，α′為光照強(qiáng)度對(duì)狀態(tài)影響的權(quán)重系數(shù)，sk為狀態(tài)k對(duì)應(yīng)的光照強(qiáng)度調(diào)整因子，n為總的觀測(cè)次數(shù)，∑s全部狀態(tài)的光照強(qiáng)度調(diào)整因子之和；

21、和

22、

23、分析孤立海島環(huán)境下能源狀態(tài)的轉(zhuǎn)換趨勢(shì)；

24、其中，ajk為狀態(tài)轉(zhuǎn)換概率矩陣，表示從狀態(tài)j轉(zhuǎn)移到狀態(tài)k的概率，v為時(shí)間索引，w為總觀測(cè)時(shí)間段的終止點(diǎn)，xvj為在時(shí)間v狀態(tài)為j的指示函數(shù)，x(v+1)k為在時(shí)間v+1狀態(tài)為k的指示函數(shù)，β′為溫度影響的權(quán)重系數(shù)，pvj為在時(shí)間v狀態(tài)j的溫度影響因子，γ′為溫度影響的權(quán)重系數(shù)，p(v+1)k為在時(shí)間v+1狀態(tài)k的溫度影響因子，δ′用于調(diào)整溫度影響在狀態(tài)轉(zhuǎn)換概率計(jì)算中的權(quán)重。

25、本發(fā)明改進(jìn)有，所述功率調(diào)節(jié)模塊包括：

26、能源需求匹配子模塊基于所述能源轉(zhuǎn)換預(yù)測(cè)結(jié)果，分析孤立海島當(dāng)前能源需求，調(diào)整逆變器的功率輸出，生成功率匹配參數(shù)；

27、頻率對(duì)應(yīng)子模塊采用所述功率匹配參數(shù)，調(diào)整逆變器頻率匹配更新的功率設(shè)置，得到頻率適配設(shè)置；

28、輸出調(diào)整子模塊利用所述頻率適配設(shè)置，優(yōu)化逆變器的整體輸出配置，包括輸出功率調(diào)節(jié)和能量分配，生成調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置。

29、本發(fā)明改進(jìn)有，所述最優(yōu)路徑分析模塊包括：

30、傳輸效率分析子模塊基于所述調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置，對(duì)孤立海島的光伏電網(wǎng)中的交流和直流傳輸方式進(jìn)行能效對(duì)比，分析各自的能源損耗和傳輸效率，生成光伏電網(wǎng)傳輸效率數(shù)據(jù)；

31、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載評(píng)估子模塊利用所述光伏電網(wǎng)傳輸效率數(shù)據(jù)，分析當(dāng)前電網(wǎng)負(fù)載情況和負(fù)載波動(dòng)特征，比較多種傳輸方式的表現(xiàn)，生成負(fù)載狀況分析結(jié)果；

32、能源傳輸優(yōu)化子模塊根據(jù)所述負(fù)載狀況分析結(jié)果，通過路徑選擇算法，選定匹配孤立海島電網(wǎng)需求的能源傳輸路徑，包括比較每個(gè)路徑的能效和穩(wěn)定性，生成路徑選擇結(jié)果。

33、本發(fā)明改進(jìn)有，所述路徑選擇算法按照公式：

34、ipath＝ω1·ηpath+ω2·δppath+ω3·wf+ω4·fr+ω5·sf+ω6·rv

35、計(jì)算最佳路徑選擇指標(biāo)ipath；

36、其中，ω1、ω2、ω3、ω4、ω5和ω6為權(quán)重系數(shù)，分別用于平衡能效、功率穩(wěn)定性、天氣影響、設(shè)備故障率、季節(jié)變化因子、可再生能源輸出波動(dòng)性的影響，ηpath為路徑的能效，δppath為該路徑的功率穩(wěn)定性，wf為天氣影響因子，fr為設(shè)備故障率，sf為季節(jié)變化因子，rv為可再生能源輸出波動(dòng)性。

37、本發(fā)明改進(jìn)有，所述輸出調(diào)整控制模塊包括：

38、功率調(diào)整子模塊基于所述路徑選擇結(jié)果，重新配置逆變器的功率輸出參數(shù)，包括改變功率等級(jí)匹配島嶼電網(wǎng)的需求，生成更新后的功率配置。

39、頻率校準(zhǔn)子模塊利用所述更新后的功率配置，迭代調(diào)整逆變器的頻率，包括校準(zhǔn)輸出頻率匹配更新后的功率參數(shù)，得到頻率同步配置。

40、分配優(yōu)化子模塊通過所述頻率同步配置，參照當(dāng)前能源輸出與需求情況，調(diào)整和優(yōu)化逆變器的能源分配，生成輸出控制配置。

41、本發(fā)明改進(jìn)有，所述能量調(diào)配模塊包括：

42、時(shí)序優(yōu)化子模塊基于所述輸出控制配置，重新排列充電和放電的時(shí)間表，生成優(yōu)化的充放電時(shí)間表。

43、能量平衡子模塊使用所述優(yōu)化的充放電時(shí)間表，分析電網(wǎng)負(fù)載情況，根據(jù)能源供應(yīng)情況調(diào)整充放電優(yōu)先級(jí)，生成負(fù)載管理計(jì)劃。

44、設(shè)備效率優(yōu)化子模塊通過所述負(fù)載管理計(jì)劃，優(yōu)化儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行和調(diào)度方式，生成能量分配計(jì)劃。

45、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

46、本發(fā)明中，通過隱馬爾可夫模型預(yù)測(cè)孤立海島光伏微電網(wǎng)中的能源狀態(tài)，提升了能源管理的精確性。模型根據(jù)歷史與實(shí)時(shí)天氣數(shù)據(jù)分析能源產(chǎn)出，能夠在天氣變化導(dǎo)致能源產(chǎn)出波動(dòng)時(shí)，提前調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)和逆變器輸出。允許系統(tǒng)在能源供應(yīng)高峰期積極儲(chǔ)能，在預(yù)測(cè)到低產(chǎn)出時(shí)節(jié)約使用，從而平衡能源供需，并最大化能源效率。此外，交直流互補(bǔ)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)選擇能源轉(zhuǎn)換路徑，同時(shí)也可以快速調(diào)整輸出參數(shù)，如功率和頻率，確保電力供應(yīng)的連續(xù)性和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了系統(tǒng)對(duì)快速變化環(huán)境的適應(yīng)能力。