本發(fā)明涉及光伏儲能，具體為一種光伏儲能系統(tǒng)優(yōu)化方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代能源管理領(lǐng)域，光伏儲能系統(tǒng)作為可再生能源的重要組成部分，正逐漸成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要組成部分。這一系統(tǒng)不僅提高了太陽能的利用效率，還在實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。在光伏儲能系統(tǒng)中，電力逆變器扮演著重要角色，通過將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，以便于并網(wǎng)和供電。然而，逆變器的開關(guān)頻率選擇對系統(tǒng)性能影響顯著，尤其是在電磁干擾(emi)方面。因此，在光伏儲能系統(tǒng)中尋求開關(guān)頻率與電磁干擾之間的平衡，成為優(yōu)化系統(tǒng)性能的重要任務(wù)。

2、在當(dāng)前光伏儲能系統(tǒng)的研究與應(yīng)用中，許多系統(tǒng)尚未充分考慮開關(guān)頻率與電磁干擾之間的相互作用，導(dǎo)致開關(guān)損耗較高，電能質(zhì)量不穩(wěn)定，從而影響了系統(tǒng)的經(jīng)濟性和可持續(xù)性?，F(xiàn)有的方法通常未能有效結(jié)合實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，缺乏對開關(guān)頻率調(diào)整的科學(xué)依據(jù)。因此，開發(fā)一種優(yōu)化方法，通過電路仿真與數(shù)據(jù)分析，探究對光伏儲能系統(tǒng)中開關(guān)頻率的動態(tài)調(diào)整，以減少開關(guān)損耗的同時還能改善電能質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種光伏儲能系統(tǒng)優(yōu)化方法及系統(tǒng)，解決了上述背景技術(shù)中的問題。

2、為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：一種光伏儲能系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括以下步驟，

3、s1、利用電路仿真工具構(gòu)建電路仿真模型，根據(jù)電路仿真模型啟動仿真作業(yè)，實時監(jiān)測在不同開關(guān)頻率情況下光伏儲能系統(tǒng)中的開關(guān)損耗情況以及電力逆變器的輸出信號狀態(tài)，并經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，生成相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)集合及相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合；

4、s2、基于相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合，分析在不同開關(guān)頻率情況下，相應(yīng)諧波分量對輸出信號整體質(zhì)量的影響，以計算出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的波動差異值bcz，并結(jié)合電磁場探測器獲取的電磁干擾強度dgqd，擬合獲取電能質(zhì)量系數(shù)dzxs，基于電能質(zhì)量系數(shù)dzxs數(shù)值大小，初步篩選出匹配的開關(guān)頻率集合；

5、s3、在s2中篩選出的開關(guān)頻率集合的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)集合，分析在不同開關(guān)頻率情況下，開關(guān)器件所產(chǎn)生的損耗情況，以計算出開關(guān)損耗系數(shù)ksxs；

6、s4、將開關(guān)損耗系數(shù)ksxs及電能質(zhì)量系數(shù)dzxs輸入至訓(xùn)練好的系統(tǒng)性能預(yù)測模型內(nèi)，以估測出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs，預(yù)先設(shè)置平衡范圍h，通過將相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs與平衡范圍h進(jìn)行比對分析，以估判出當(dāng)前設(shè)定的開關(guān)頻率是否符合光伏儲能系統(tǒng)的性能指標(biāo)，若未符合，則開啟優(yōu)化手段。

7、優(yōu)選的，s1具體步驟包括有：

8、s11、預(yù)先利用電路仿真工具構(gòu)建電路仿真模型，其中，電路仿真工具包括ltspice軟件，在ltspice軟件中創(chuàng)建一個新仿真文件，使用工具欄中的元件按鈕添加電路元件，再將光伏組件的直流輸出端連接到逆變器的儲能接口，并在電路中添加一個接地元件，同時選擇瞬態(tài)分析的仿真類型，并預(yù)先設(shè)定每次仿真的開關(guān)頻率以及時間步長，最終在ltspice軟件菜單中選擇“啟動”按鈕，以根據(jù)設(shè)置的開關(guān)頻率變更進(jìn)行多次仿真作業(yè)。

9、優(yōu)選的，s1具體步驟還包括有：

10、s12、在仿真過程中，實時監(jiān)測并記錄在不同開關(guān)頻率情況下光伏儲能系統(tǒng)中的開關(guān)損耗情況以及電力逆變器的輸出信號狀態(tài)，并經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后，生成相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)集合及相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合，所述相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)集合包括各開關(guān)頻率情況下的相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)；所述相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合包括各開關(guān)頻率情況下的相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)；

11、s121、各開關(guān)頻率情況下的相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)包括相應(yīng)開關(guān)頻率情況下，開關(guān)器件在開關(guān)過程中的上升時長ssc、下降時長xsc、導(dǎo)通電壓dyz及流過開關(guān)器件的電流lz；

12、s122、各開關(guān)頻率情況下的相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)包括相應(yīng)開關(guān)頻率情況下，電力逆變器輸出端信號中的基頻的有效值xbyz1、各次諧波分量的有效值xbyz以及電力逆變器周圍的電磁干擾強度dgqd；

13、s123、其中，數(shù)據(jù)預(yù)處理包括去除噪聲、填補缺失值以及數(shù)據(jù)平滑操作，其中，填補缺失值方法包括均值填補、中位數(shù)填補、插值法填補以及回歸法填補，并利用無量綱處理技術(shù)，對仿真過程中實時監(jiān)測到的狀態(tài)信息進(jìn)行縮放，使其范圍落在[0,1]之間。

14、優(yōu)選的，s2具體步驟包括有：

15、s21、基于相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合，分析在不同開關(guān)頻率情況下，相應(yīng)諧波分量對輸出信號整體質(zhì)量的影響，以計算出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下各諧波分量的相對諧波失真系數(shù)xsxs，具體按照以下方式獲取：

16、

17、s211、本公式的意義在于：反映相應(yīng)諧波分量在整體信號中所占的比例；

18、s212、其中，n表示為諧波分量的最高階數(shù)，i＝2、3、4、...、n，xbyzi表示為第i次諧波分量的有效值，xbyz1表示為基頻的有效值；

19、s22、將s21中獲取的相應(yīng)開關(guān)頻率情況下各諧波分量的相對諧波失真系數(shù)xsxs，進(jìn)行特征提取，以提取出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下相對諧波失真系數(shù)xsxs的最大值及最小值。

20、優(yōu)選的，s2具體步驟還包括有：

21、s23、基于s22中提取出的相應(yīng)開關(guān)頻率情況下相對諧波失真系數(shù)xsxs的最大值及最小值，以計算出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的波動差異值bcz，具體通過以下方式獲?。?/p>

22、bcz＝xsxsmax-xsxsmin；

23、式中，xsxsmax表示為相應(yīng)開關(guān)頻率情況下相對諧波失真系數(shù)xsxs的最大值，xsxsmin表示為相應(yīng)開關(guān)頻率情況下相對諧波失真系數(shù)xsxs的最小值；

24、s24、從相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合中提取出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的電磁干擾強度dgqd，并將其與相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的波動差異值bcz相關(guān)聯(lián)，并經(jīng)過無量綱處理后，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)值映射至區(qū)間[0,1]內(nèi)，以計算獲取電能質(zhì)量系數(shù)dzxs，所述電能質(zhì)量系數(shù)dzxs具體按照以下方式獲取：

25、

26、式中，m表示為開關(guān)頻率設(shè)定的情況數(shù)，j＝1、2、3、...、m，bczj表示為第j開關(guān)頻率情況下的波動差異值，bczavg表示為平均波動差異值，dgqdj表示為第j開關(guān)頻率情況下的電磁干擾強度，dgqdavg表示為平均電磁干擾強度，p表示為第一修正常數(shù)，α及β均為權(quán)重值。

27、優(yōu)選的，s2具體步驟還包括有：

28、s25、通過將電能質(zhì)量系數(shù)dzxs與預(yù)設(shè)的閾值進(jìn)行比對分析，以初步篩選出匹配的開關(guān)頻率集合，具體的初步篩選內(nèi)容如下：

29、若電能質(zhì)量系數(shù)dzxs超過預(yù)設(shè)的閾值時，此時將相應(yīng)的開關(guān)頻率情況不納入匹配的開關(guān)頻率集合內(nèi)；

30、若電能質(zhì)量系數(shù)dzxs未超過預(yù)設(shè)的閾值時，此時將相應(yīng)的開關(guān)頻率情況納入匹配的開關(guān)頻率集合內(nèi)，并將匹配的開關(guān)頻率集合傳輸至s3步驟中。

31、優(yōu)選的，s3具體步驟包括有：

32、s31、基于s25中匹配的開關(guān)頻率集合，將所述相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)集合進(jìn)行特征提取，以提取出與開關(guān)頻率集合中相同開關(guān)頻率情況下所對應(yīng)的相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)，并構(gòu)建初步優(yōu)化后的損耗程度數(shù)據(jù)集；

33、s32、基于s31中的初步優(yōu)化后的損耗程度數(shù)據(jù)集，分析在不同開關(guān)頻率情況下，開關(guān)器件所產(chǎn)生的損耗情況，并經(jīng)過無量綱處理后，將對應(yīng)的數(shù)據(jù)值映射至區(qū)間[0,1]內(nèi)，以計算出開關(guān)損耗系數(shù)ksxs，具體按照以下方式獲?。?/p>

34、

35、式中，sscj表示為第j開關(guān)頻率情況下的上升時長，xscj表示為第j開關(guān)頻率情況下的下降時長，dyzj表示為第j開關(guān)頻率情況下的導(dǎo)通電壓，lzj表示為第j開關(guān)頻率情況下流過開關(guān)器件的電流，γ1、γ2及γ3均為權(quán)重值，c表示為第二修正常數(shù)。

36、優(yōu)選的，s4具體步驟包括有：

37、s41、使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)性能預(yù)測模型，并將開關(guān)損耗系數(shù)ksxs及電能質(zhì)量系數(shù)dzxs輸入至其中，經(jīng)無量綱處理后，估測出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs，具體按照以下方式獲?。?/p>

38、

39、式中，f1及f2均為權(quán)重值。

40、優(yōu)選的，s4具體步驟還包括有：

41、s42、將相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs與平衡范圍h進(jìn)行比對分析，以估判出當(dāng)前設(shè)定的開關(guān)頻率是否符合光伏儲能系統(tǒng)的性能指標(biāo)，具體的估判內(nèi)容如下：

42、若相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs落入平衡范圍h內(nèi)時，此時表明當(dāng)前設(shè)定的開關(guān)頻率與電磁干擾之間處于平衡狀態(tài)，此時將暫不對光伏儲能系統(tǒng)采取額外的優(yōu)化手段；

43、若相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs未落入平衡范圍h內(nèi)時，表明當(dāng)前設(shè)定的開關(guān)頻率與電磁干擾之間未處于平衡狀態(tài)，此時將立即從匹配的開關(guān)頻率集合中另選開關(guān)頻率，進(jìn)行迭代優(yōu)化，以監(jiān)測平衡預(yù)測指數(shù)pyzs狀態(tài)，當(dāng)平衡預(yù)測指數(shù)pyzs落入平衡范圍h內(nèi)時，將當(dāng)前選擇的開關(guān)頻率作為優(yōu)化頻率，同時在電力逆變器的輸出端增配濾波器。

44、一種光伏儲能系統(tǒng)優(yōu)化系統(tǒng)，包括仿真模塊、電磁干擾分析模塊、損耗分析模塊、模型預(yù)測模塊及綜合優(yōu)化模塊；

45、所述仿真模塊用于利用電路仿真工具構(gòu)建電路仿真模型，根據(jù)電路仿真模型啟動仿真作業(yè)，實時監(jiān)測在不同開關(guān)頻率情況下的相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)集合及相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合；

46、所述電磁干擾分析模塊用于基于相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合，分析在不同開關(guān)頻率情況下，相應(yīng)諧波分量對輸出信號整體質(zhì)量的影響，以計算出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的波動差異值bcz，并結(jié)合電磁場探測器獲取的電磁干擾強度dgqd，擬合獲取電能質(zhì)量系數(shù)dzxs，基于電能質(zhì)量系數(shù)dzxs數(shù)值大小，初步篩選出匹配的開關(guān)頻率集合；

47、所述損耗分析模塊用于在篩選出的開關(guān)頻率集合的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)集合，分析在不同開關(guān)頻率情況下，開關(guān)器件所產(chǎn)生的損耗情況，以計算出開關(guān)損耗系數(shù)ksxs；

48、所述模型預(yù)測模塊用于利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)性能預(yù)測模型，將開關(guān)損耗系數(shù)ksxs及電能質(zhì)量系數(shù)dzxs輸入至系統(tǒng)性能預(yù)測模型內(nèi)，以估測出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs；

49、所述綜合優(yōu)化模塊用于預(yù)先設(shè)置平衡范圍h，通過將相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs與平衡范圍h進(jìn)行比對分析，以估判出當(dāng)前設(shè)定的開關(guān)頻率是否符合光伏儲能系統(tǒng)的性能指標(biāo)，若未符合，則開啟優(yōu)化手段。

50、本發(fā)明提供了一種光伏儲能系統(tǒng)優(yōu)化方法及系統(tǒng)，具備以下有益效果：

51、(1)該方法通過系統(tǒng)化的步驟有效地提高了光伏儲能系統(tǒng)的運行效率和電能質(zhì)量。首先，利用電路仿真工具構(gòu)建電路模型，實時監(jiān)測不同開關(guān)頻率下的開關(guān)損耗和電力逆變器的輸出信號狀態(tài)，這一過程生成的相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)和信號差異數(shù)據(jù)集合，為后續(xù)分析奠定了基礎(chǔ)。其次，通過分析相關(guān)信號差異數(shù)據(jù)集合，計算諧波分量對輸出信號整體質(zhì)量的影響，以及電磁干擾強度與電能質(zhì)量系數(shù)dzxs的結(jié)合，能夠精準(zhǔn)篩選出相對較優(yōu)開關(guān)頻率集合，這一數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法不僅能夠有效控制逆變器輸出端信號的質(zhì)量，還為后期減少開關(guān)損耗提供基礎(chǔ)，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的經(jīng)濟性，有效降低了因電能質(zhì)量問題導(dǎo)致的設(shè)備損壞風(fēng)險。最后，將開關(guān)損耗系數(shù)ksxs和電能質(zhì)量系數(shù)dzxs輸入到訓(xùn)練好的系統(tǒng)性能預(yù)測模型中，通過平衡預(yù)測指數(shù)pyzs與預(yù)設(shè)閾值的比對，能夠及時識別出不符合性能指標(biāo)的開關(guān)頻率并啟動優(yōu)化措施，直到找到開關(guān)頻率與電磁干擾之間的平衡。整體而言，該方法不僅進(jìn)一步實現(xiàn)了光伏儲能系統(tǒng)的動態(tài)優(yōu)化管理，還為未來智能化和自動化的能源管理奠定了堅實的基礎(chǔ)，推動了可再生能源領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展。

52、(2)在不同開關(guān)頻率條件下，通過對諧波分量進(jìn)行分析，并計算相對諧波失真系數(shù)xsxs，可以更準(zhǔn)確地反映各諧波分量在輸出信號中的占比，這種分析方式突出關(guān)注了信號的非理想成分即二次及以上諧波分量，從而有助于識別和評估影響信號質(zhì)量的關(guān)鍵因素。通過此過程，能夠精確衡量諧波對信號質(zhì)量的影響，為后續(xù)的系統(tǒng)優(yōu)化提供了科學(xué)依據(jù)，為提高光伏儲能系統(tǒng)在不同開關(guān)頻率下的信號質(zhì)量控制能力做準(zhǔn)備。在獲取了相應(yīng)開關(guān)頻率下的相對諧波失真系數(shù)xsxs后，通過特征提取技術(shù)，進(jìn)一步提取xsxs的最大值和最小值，這一特征提取過程可以幫助快速識別和定位在不同開關(guān)頻率下影響信號質(zhì)量的主要諧波失真因素，為光伏儲能系統(tǒng)選擇相對較佳開關(guān)頻率提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持，此過程確保了在優(yōu)化方案中能夠針對最不利的諧波失真狀況做出響應(yīng)，從而有效減少諧波失真的影響，提升了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性和信號輸出質(zhì)量。

53、(3)通過計算相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的波動差異值bcz，可以更清晰地量化不同開關(guān)頻率對系統(tǒng)諧波失真的影響，這一過程通過最大值與最小值之間的差異進(jìn)行分析，使系統(tǒng)在面對不同開關(guān)頻率時，對信號質(zhì)量的波動情況有了更深刻的理解，幫助工程師快速識別和應(yīng)對可能的信號失真問題。

54、(4)在基于匹配的開關(guān)頻率集合進(jìn)行相關(guān)損耗程度數(shù)據(jù)的特征提取時，能夠聚焦于特定頻率下的損耗特征，從而構(gòu)建出初步優(yōu)化后的損耗程度數(shù)據(jù)集，這一過程確保了損耗分析的準(zhǔn)確性，盡可能的提升了優(yōu)化的針對性。通過分析在不同開關(guān)頻率情況下開關(guān)器件的損耗情況，并經(jīng)過無量綱處理后計算出開關(guān)損耗系數(shù)ksxs，可以量化不同頻率對損耗的影響。通過精確分析開關(guān)器件的損耗情況，系統(tǒng)在實施過程中能夠有效識別并降低能量損耗，進(jìn)而提升整體效率，這不僅有助于延長設(shè)備的使用壽命，還能在長期運營中降低能源成本，進(jìn)一步實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。通過不斷迭代和優(yōu)化，系統(tǒng)的整體性能和運行效率將不斷提升，從而推動可再生能源技術(shù)的發(fā)展。

55、(5)通過估測出相應(yīng)開關(guān)頻率情況下的平衡預(yù)測指數(shù)pyzs可以實時監(jiān)控當(dāng)前開關(guān)頻率的設(shè)定是否符合光伏儲能系統(tǒng)的性能指標(biāo)。當(dāng)平衡預(yù)測指數(shù)pyzs處于合理范圍時，系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定運行，避免了不必要的優(yōu)化干預(yù)，提高了系統(tǒng)的運行效率和可靠性。當(dāng)平衡預(yù)測指數(shù)pyzs未落入平衡范圍時，系統(tǒng)能夠迅速從匹配的開關(guān)頻率集合中重新選擇頻率進(jìn)行優(yōu)化，形成靈活的迭代優(yōu)化機制，這種及時響應(yīng)的機制能夠有效應(yīng)對不穩(wěn)定性或過高損耗的情況，確保系統(tǒng)在性能指標(biāo)內(nèi)運行，進(jìn)而減少潛在的經(jīng)濟損失。通過使用電路仿真工具進(jìn)行模擬，能夠驗證所采取優(yōu)化措施的有效性，這種驗證機制確保了優(yōu)化方案在實際應(yīng)用中的可行性，提供了可視化的數(shù)據(jù)支持，使得工程師能夠根據(jù)系統(tǒng)反饋對優(yōu)化措施進(jìn)行及時調(diào)整和迭代改進(jìn)，形成持續(xù)優(yōu)化的良性循環(huán)。通過精確的預(yù)測和優(yōu)化，系統(tǒng)在提升性能的同時能夠有效降低運行成本，減少能量損耗。