本發(fā)明公開基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法，涉及新能源運(yùn)行與控制技術(shù)，屬于發(fā)電、變電或配電的。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源技術(shù)和氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)取得長(zhǎng)足進(jìn)步，臨近空間飛行器的概念也應(yīng)運(yùn)而生，并成為各國(guó)爭(zhēng)相布局的新興技術(shù)潮流。臨近空間飛行器具有偽衛(wèi)星特征，能像衛(wèi)星一樣執(zhí)行全天候?qū)崟r(shí)性的監(jiān)測(cè)任務(wù)，且有生產(chǎn)周期短、飛行任務(wù)靈活、綜合效費(fèi)比高等定軌道衛(wèi)星不可代替的優(yōu)點(diǎn)。全電太陽能無人機(jī)在臨近空間飛行器領(lǐng)域中應(yīng)用前景最好，由于運(yùn)行區(qū)域的特殊性，使其同時(shí)具備航天器和航空器的特性，彌補(bǔ)了陸地、低空、太空以外第四類空間觀測(cè)平臺(tái)的缺失。

2、全電太陽能無人機(jī)能源供電系統(tǒng)由光伏端的光伏單元、負(fù)載端的載荷單元、儲(chǔ)能端的儲(chǔ)能單元、上位機(jī)組成，光伏單元由太陽能電池組和dc-dc控制器組成，載荷單元由直流載荷和dc-dc控制器組成，儲(chǔ)能單元由航空蓄電池和雙向dc-dc變換器組成，直流載荷包括但不限于航空雷達(dá)。光伏端太陽能電池組將光伏轉(zhuǎn)化為電能，通過dc-dc控制器給系統(tǒng)直流母線提供能量；負(fù)載端通過dc-dc變換器對(duì)直流母線電壓進(jìn)行降壓處理后向各個(gè)直流荷載供電；儲(chǔ)能端航空蓄電池在太陽輻射度不足時(shí)通過雙向dc-dc變換器給系統(tǒng)直流母線供電，在太陽能輻射度充足時(shí)進(jìn)行充電；上位機(jī)通過通信模塊連接各個(gè)變換器，統(tǒng)一管理各個(gè)變換器的工作模式，使得全電太陽能無人機(jī)復(fù)合能源供電系統(tǒng)始終工作在穩(wěn)定狀態(tài)?，F(xiàn)有的太陽能無人機(jī)能源管理方法，主要關(guān)注各單元模塊的控制，而對(duì)維持無人機(jī)母線電壓穩(wěn)定的控制的研究較少。而傳統(tǒng)的太陽能無人機(jī)能源管理方法，根據(jù)母線電壓執(zhí)行相應(yīng)控制策略，系統(tǒng)控制模式切換的滯后性引起母線電壓波動(dòng)，降低系統(tǒng)在環(huán)境/負(fù)載改變時(shí)恢復(fù)額定工作條件的速度，且增加母線電壓超調(diào)量。

3、因此，研究全電太陽能無人機(jī)供能系統(tǒng)母線電壓變化的根本因素，基于其設(shè)計(jì)一種能夠避免系統(tǒng)在模式切換時(shí)控制滯后性的能量管理方法對(duì)全電太陽能無人機(jī)長(zhǎng)時(shí)間滯空穩(wěn)定飛行具有重大意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的發(fā)明目的是針對(duì)上述背景技術(shù)的不足，提供一種基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法，利用線性回歸與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境因素與母線電壓間的復(fù)雜映射關(guān)系進(jìn)行分析與解耦，根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的直流母線電壓對(duì)能量管理策略進(jìn)行分層處理，避免供能系統(tǒng)在模式切換時(shí)控制的滯后性，有效減小母線電壓波動(dòng)的超調(diào)量，提升供能系統(tǒng)恢復(fù)穩(wěn)態(tài)工作的響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)在極端惡劣環(huán)境下穩(wěn)定供電的發(fā)明目的，解決全電太陽能無人機(jī)在極端惡劣環(huán)境下母線電壓失穩(wěn)導(dǎo)致無人機(jī)供能系統(tǒng)失效的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：

3、基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法，包括信息時(shí)間尺度統(tǒng)一方法、環(huán)境溫度檢測(cè)與分層策略、母線電壓映射關(guān)系訓(xùn)練、控制策略分層思想，實(shí)現(xiàn)對(duì)供能系統(tǒng)各個(gè)單元的模式切換控制，從而保證無人機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，具體包括如下步驟：

4、步驟1，對(duì)環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)幺化處理；

5、步驟2，對(duì)標(biāo)幺化處理后的環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度進(jìn)行線性回歸分析，確定環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度對(duì)光伏單元輸出的影響系數(shù)；

6、步驟3，依據(jù)環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度對(duì)光伏單元輸出的影響系數(shù)，在環(huán)境溫度不變的單位時(shí)間尺度內(nèi)采集光照強(qiáng)度、無人機(jī)載荷以及直流母線電壓，獲取不同環(huán)境溫度層級(jí)下的分層數(shù)據(jù)，擬合每個(gè)環(huán)境溫度層級(jí)下光照強(qiáng)度、無人機(jī)載荷與直流母線電壓的映射關(guān)系；

7、步驟4，根據(jù)各個(gè)環(huán)境溫度層級(jí)下光照強(qiáng)度、無人機(jī)載荷與直流母線電壓的映射關(guān)系預(yù)測(cè)直流母線電壓，根據(jù)預(yù)測(cè)的直流母線電壓執(zhí)行分層控制策略。

8、作為基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法的進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟1對(duì)環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度進(jìn)行標(biāo)幺化處理，具體為：其中，s*為光照強(qiáng)度標(biāo)幺值，s為光照強(qiáng)度采樣值，sref為光照強(qiáng)度參考值，t*為環(huán)境溫度標(biāo)幺值，t為環(huán)境溫度采樣值，tref為環(huán)境溫度參考值。

9、作為基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法的再進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟2對(duì)標(biāo)幺化處理后的環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度進(jìn)行spss線性回歸分析，根據(jù)spss線性回歸分析結(jié)果確定環(huán)境溫度、光照強(qiáng)度對(duì)光伏單元輸出的影響系數(shù)p01、p10，其中，u為光伏單元輸出電壓，p00為擬合常數(shù)，r_square為回歸決定系數(shù)。

10、作為基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法的再進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟3通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合每個(gè)環(huán)境溫度層級(jí)下光照強(qiáng)度、無人機(jī)載荷與直流母線電壓的映射關(guān)系。

11、作為基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法的再進(jìn)一步優(yōu)化方案，步驟4具體為：

12、根據(jù)環(huán)境溫度預(yù)測(cè)值選定環(huán)境溫度層級(jí)，采集環(huán)境溫度實(shí)際值，在環(huán)境溫度實(shí)際值與預(yù)測(cè)值的誤差超過閾值時(shí)修正環(huán)境溫度層級(jí)；

13、將采集的光照強(qiáng)度、無人機(jī)載荷代入所確定的環(huán)境溫度層級(jí)下光照強(qiáng)度、無人機(jī)載荷與直流母線電壓的映射關(guān)系，預(yù)測(cè)直流母線電壓；

14、根據(jù)直流母線電壓預(yù)測(cè)值判斷全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)能量充裕情況，執(zhí)行對(duì)應(yīng)全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)能量充裕情況下的控制策略。

15、作為基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法的再進(jìn)一步優(yōu)化方案，執(zhí)行對(duì)應(yīng)全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)能量充裕情況下的控制策略，具體為：

16、全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)能量過剩時(shí)，光伏單元切換為恒壓工作模式，儲(chǔ)能單元工作在恒流充電模式；

17、全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)能量較多時(shí)，光伏單元切換為最大功率點(diǎn)工作模式，儲(chǔ)能單元工作在下垂充電模式；

18、全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)能量合適時(shí)，儲(chǔ)能單元停止工作，光伏單元切換為最大功率點(diǎn)工作模式；

19、全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)能量較少時(shí)，光伏單元切換為最大功率點(diǎn)工作模式，儲(chǔ)能單元工作在下垂放電模式；

20、全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)能量不足時(shí)，光伏單元切換為最大功率點(diǎn)工作模式，儲(chǔ)能單元工作在最大恒流放電模式。

21、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器和處理器，存儲(chǔ)器上儲(chǔ)存有在所述處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，處理器運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)執(zhí)行上述的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法的步驟。

22、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行時(shí)執(zhí)行上述的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法的步驟。

23、本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：

24、(1)本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)全電太陽能無人機(jī)供電系統(tǒng)母線電壓穩(wěn)定控制的研究較少的現(xiàn)狀，提出一種基于環(huán)境信息檢測(cè)分層的全電太陽能無人機(jī)能源管理方法，該方法利用線性回歸分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)環(huán)境因素與母線電壓復(fù)雜映射關(guān)系進(jìn)行分析與解耦，解決了傳統(tǒng)能源管理方案無法利用環(huán)境因素進(jìn)行控制的問題，加快系統(tǒng)的反應(yīng)速度，避免母線電壓控制的滯后性。

25、(2)本發(fā)明所提全電太陽能無人機(jī)能源管理方法，將環(huán)境信息分層與能源管理方案分層相結(jié)合，通過線性回歸分析挖掘出環(huán)境信息對(duì)光伏單元輸出的影響因子，并依據(jù)影響因子對(duì)環(huán)境信息進(jìn)行分層處理，以滿足全電太陽能無人機(jī)在不同環(huán)境條件下正常工作的要求，在每個(gè)環(huán)境信息層級(jí)上擬合環(huán)境信息與直流母線電壓的映射關(guān)系，能夠更加精確地描述單位時(shí)間尺度下環(huán)境信息對(duì)全電無人機(jī)供電系統(tǒng)直流母線電壓的影響，為后續(xù)能源管理策略的準(zhǔn)確執(zhí)行奠定基礎(chǔ)。

26、(3)本發(fā)明所提出的能源管理方法，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)各環(huán)境信息層級(jí)下的直流母線電壓，并依據(jù)直流母線電壓預(yù)測(cè)值執(zhí)行分層控制策略，在母線電壓變化之前提前進(jìn)行工作模式切換，加快全電太陽能無人機(jī)在不同工作模式間切換的速度，有效降低母線電壓的超調(diào)量，減小母線電壓波動(dòng)范圍，能夠降低各模塊變換器的設(shè)計(jì)難度并延長(zhǎng)變換器使用壽命。