本發(fā)明屬于鄉(xiāng)村配電網(wǎng)混合電力系統(tǒng)智能調(diào)控領(lǐng)域領(lǐng)域，尤其涉及一種鄉(xiāng)村配電網(wǎng)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車智能調(diào)控系統(tǒng)及方法，具體是一種帶有光伏發(fā)電、考慮電動(dòng)汽車有序充電的智能調(diào)控系統(tǒng)，更進(jìn)一步的涉及到一種pma智能算法的網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同優(yōu)化調(diào)控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著可再生能源重要性日益凸顯，光伏發(fā)電系統(tǒng)在鄉(xiāng)村地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，為電網(wǎng)提供清潔能源，減少了對(duì)傳統(tǒng)化石能源依賴，降低了碳排放。環(huán)保意識(shí)的提高和政府政策的支持，使得電動(dòng)汽車在鄉(xiāng)村地區(qū)快速普及。相較于城市地區(qū)，鄉(xiāng)村配電網(wǎng)規(guī)模較小，負(fù)荷變化較大，維持鄉(xiāng)村配電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行難度更大，與此同時(shí)電動(dòng)汽車的充電需求對(duì)配電網(wǎng)提出了新的挑戰(zhàn)，因此需要對(duì)電動(dòng)汽車充電需求進(jìn)行智能調(diào)控，以平衡鄉(xiāng)村配電網(wǎng)負(fù)荷和充電需求之間的關(guān)系，針對(duì)鄉(xiāng)村配電網(wǎng)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)智能調(diào)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車充電的有效管理和優(yōu)化。

2、同時(shí)，由于光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車充電對(duì)鄉(xiāng)村配電網(wǎng)產(chǎn)生的影響較大，需要研發(fā)一套智能調(diào)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)上述設(shè)備的動(dòng)態(tài)管理，根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況和用戶需求，智能調(diào)整儲(chǔ)能系統(tǒng)工作狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)通過對(duì)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車充電的有效管理保證電力系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)清潔能源的利用和電網(wǎng)的智能化發(fā)展,就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待研發(fā)的重要課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，本發(fā)明提供了一種鄉(xiāng)村配電網(wǎng)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車智能調(diào)控系統(tǒng)及方法。其目的是為了通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)與含有電動(dòng)汽車的鄉(xiāng)村負(fù)載之間優(yōu)化協(xié)調(diào)，對(duì)鄉(xiāng)村地區(qū)的能源管理進(jìn)行優(yōu)化，提高能源利用效率，支撐電動(dòng)汽車走進(jìn)鄉(xiāng)村，保障鄉(xiāng)村供電穩(wěn)定性的發(fā)明目的。

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

3、鄉(xiāng)村配電網(wǎng)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車智能調(diào)控系統(tǒng)，包括：鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元、鄉(xiāng)村電動(dòng)汽車充電單元、鄉(xiāng)村分布式光伏單元、智慧儲(chǔ)能單元及鄉(xiāng)村家用負(fù)載單元；所述鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元包括：電源轉(zhuǎn)換模塊；鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元通過電源轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)與230v配電網(wǎng)和鄉(xiāng)村微電網(wǎng)的耦合；所述鄉(xiāng)村電動(dòng)汽車充電單元包括：充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊和充電模塊，所述鄉(xiāng)村分布式光伏單元包括：光伏智能監(jiān)測(cè)模塊、光伏組件模塊和功率控制模塊，其中光伏組件模塊和光伏智能監(jiān)測(cè)模塊相連，光伏智能監(jiān)測(cè)模塊和功率控制模塊相連，光伏組件模塊實(shí)現(xiàn)太陽能到電能的能量轉(zhuǎn)換，功率控制模塊控制光伏輸出功率，將電壓水平調(diào)整到鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元電壓；所述智慧儲(chǔ)能單元包括：電池模塊、電池監(jiān)測(cè)模塊和電池管理模塊，智慧儲(chǔ)能單元通過雙向dc/dc轉(zhuǎn)換器與鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元連接，根據(jù)電流控制和模式切換管理電能的存儲(chǔ)和釋放。

4、更進(jìn)一步的，所述電源轉(zhuǎn)換模塊包括四個(gè)igbt驅(qū)動(dòng)電路，電源轉(zhuǎn)換單元控制230v配電網(wǎng)和鄉(xiāng)村微電網(wǎng)耦合；所述充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊用于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車狀態(tài)讀取，所述充電模塊用于給電動(dòng)汽車充電；充電狀態(tài)監(jiān)測(cè)模塊利用can通信協(xié)議通過電動(dòng)汽車充電樁實(shí)時(shí)獲取電動(dòng)汽車充電信息，充電模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行放電操作。

5、更進(jìn)一步的，所述光伏智能監(jiān)測(cè)模塊包括：電流傳感器、電壓傳感器、微控制器、溫度傳感器、輻射強(qiáng)度計(jì)、數(shù)據(jù)記錄器及wifi收發(fā)器；其中，所述微控制器在光伏智能監(jiān)測(cè)模塊中，根據(jù)配置信息，連接遠(yuǎn)程服務(wù)器，讀取光照和溫度數(shù)值，同時(shí)監(jiān)測(cè)每個(gè)光伏組件的輸出電流和電壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏組件的監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)記錄；所述溫度傳感器在光伏智能監(jiān)測(cè)模塊中的用于實(shí)時(shí)收集每個(gè)光伏組件的溫度數(shù)值；所述輻射強(qiáng)度計(jì)在光伏智能監(jiān)測(cè)模塊中用于實(shí)時(shí)測(cè)量光照強(qiáng)度，以幫助監(jiān)測(cè)系統(tǒng)收集每個(gè)光伏組件的輸入數(shù)值；所述數(shù)據(jù)記錄器的用于收集太陽輻射和溫度數(shù)據(jù)，以及記錄每個(gè)光伏組件的輸出功率；所述wifi收發(fā)器用于將數(shù)據(jù)記錄器的信息記錄并定時(shí)發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，保存到云端；

6、所述電流傳感器和微控制器相連，用于實(shí)時(shí)精準(zhǔn)記錄電路里的電流值；所述電壓傳感器和微控制器相連，通過分壓器，將測(cè)量值映射到所需模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸入，測(cè)量電壓值；所述溫度傳感器、輻射強(qiáng)度計(jì)、數(shù)據(jù)記錄器、wifi收發(fā)器分別與微控制器相連。

7、更進(jìn)一步的，所述智慧儲(chǔ)能單元是由電壓輸入子模塊的輸出端與電壓控制子模塊的輸入端相連，電壓控制子模塊的輸出端與pma算法子模塊的輸入端相連，功率輸入子模塊的輸出端與電壓控制子模塊的輸入端和pma算法子模塊的輸入端相連，電池狀態(tài)soc輸入子模塊的輸出端與pma算法子模塊的輸入端相連，pma算法子模塊的輸出端與pi控制子模塊的輸入端相連，pi控制子模塊的輸出端與pwm開關(guān)子模塊的輸入端相連；

8、所述電池模塊負(fù)責(zé)電能轉(zhuǎn)移，獲取鄉(xiāng)村分布式光伏單元電能，或?qū)︵l(xiāng)村電動(dòng)汽車充電單元和鄉(xiāng)村家用負(fù)載單元進(jìn)行放電；

9、所述電池監(jiān)測(cè)模塊評(píng)估梯次電池的電池容量，控制對(duì)電池的充電放電；

10、所述電池管理模塊通過考慮系統(tǒng)中可用的負(fù)載功率和生產(chǎn)功率來確定智慧儲(chǔ)能單元的運(yùn)行狀態(tài)；電池管理模塊包括：電壓輸入子模塊、電池soc狀態(tài)輸入子模塊、功率輸入子模塊、pma算法子模塊、pi控制子模塊、pwm開關(guān)子模塊、電壓控制子模塊；其中，電壓輸入子模塊連接電壓控制子模塊，功率輸入子模塊連接電壓控制子模塊和pma算法子模塊，電池狀態(tài)soc狀態(tài)輸入子模塊連接pma算法子模塊，電壓控制子模塊連接pma算法子模塊，pma算法子模塊連接pi控制子模塊，pi控制子模塊連接pma開關(guān)子模塊；

11、電壓輸入子模塊由電壓采集器得到的直流母線偏差電壓和直流母線電壓，作為系統(tǒng)的電壓輸入；

12、功率輸入子模塊，即功率監(jiān)測(cè)器得到的相關(guān)功率參數(shù)，包括：平均功率分量、瞬態(tài)功率分量、從光伏系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)到的功率及從負(fù)載中監(jiān)測(cè)到的功率，作為電池管理單元的功率輸入；

13、電池soc狀態(tài)輸入子模塊，即電池儲(chǔ)能系統(tǒng)中的電池監(jiān)測(cè)單元所監(jiān)測(cè)到的電池容量百分比，輸入到pma算法子模塊里；

14、電壓控制子模塊根據(jù)電壓輸入模塊的電壓，負(fù)責(zé)產(chǎn)生流經(jīng)直流母線的運(yùn)行電流的平均值和瞬態(tài)值；

15、所述pma算法子模塊，包括：創(chuàng)建參考電流和控制不同電流轉(zhuǎn)換器的電流管理算法；

16、所述pi控制子模塊，包括：比例環(huán)節(jié)和積分環(huán)節(jié)；

17、所述pwm開關(guān)子模塊，根據(jù)pma生成的參考電流執(zhí)行電流控制環(huán)節(jié)，通過控制其他電路的pwm調(diào)制的開關(guān)頻率，控制鄉(xiāng)村微電網(wǎng)的其他部件的運(yùn)行。

18、更進(jìn)一步的，所述pma算法子模塊中的pma算法，包括：

19、步驟1.輸入電池功率ppv、負(fù)載功率pload以及電池容量socb；

20、步驟2.判斷電池功率ppv是否大于等于負(fù)載功率pload，若大于等于，則進(jìn)入步驟3；若小于等于，則進(jìn)入步驟4；

21、步驟3.過功率模式epm或浮動(dòng)功率模式fpm，包括：

22、(1)若電池容量socb小于容量上限max，則

23、ibref*＝ib,ch

24、

25、其中，ibref*是儲(chǔ)能系統(tǒng)的參考電流，igref*是電網(wǎng)的參考電流，是電網(wǎng)的平均電流,i‘t是電網(wǎng)的瞬時(shí)電流，ib,ch是電池的額定充電電流；

26、(2)若電池容量socb不小于容量上限max，則：

27、ibref*＝0

28、

29、步驟4.欠功率模式，包括：

30、(1)若電池容量socb大于容量下限min，則：

31、

32、其中，λ是電池功率共享系數(shù)，該系數(shù)由socb所代表的電池容量百分比決定；

33、(2)若電池容量socb不大于容量下限min，則：

34、ibref*＝0

35、

36、步驟5.為電網(wǎng)和電流轉(zhuǎn)換器生成參考電流；

37、所述pma算法的模式，包括：

38、欠功率模式：鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元、鄉(xiāng)村分布式光伏單元和智慧儲(chǔ)能單元負(fù)責(zé)滿足平均的電力缺口需求，在電池的soc容量達(dá)到預(yù)定值之前，電池放電以滿足總負(fù)載需求；低于soc容量下限min時(shí)，電池處于閑置狀態(tài)；鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元負(fù)責(zé)瞬態(tài)功率部分；

39、過功率模式：剩余電能用于為智慧儲(chǔ)能單元充電，直至電池達(dá)到最大soc容量限制；當(dāng)電池達(dá)到較高的soc容量限制時(shí)，多余的電能將通過vsc供給鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元；

40、浮動(dòng)功率模式：鄉(xiāng)村分布式光伏單元功率等于負(fù)載所需的功率，如果鄉(xiāng)村分布式光伏單元產(chǎn)生額外的電能，則電能用于為智慧儲(chǔ)能單元充電，直至達(dá)到較高的soc容量限值；多余的電能輸送至鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元。

41、更進(jìn)一步的，所述光伏智能監(jiān)測(cè)模塊的執(zhí)行過程，包括：

42、光伏智能監(jiān)測(cè)模塊讀取配置信息，包括所有已連接光伏組件的信息；

43、光伏智能監(jiān)測(cè)模塊嘗試通過wifi收發(fā)器連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器；如果連接成功，光伏智能監(jiān)測(cè)模塊則將現(xiàn)有數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫同步，并更新現(xiàn)有配置參數(shù)；

44、光伏智能監(jiān)測(cè)模塊讀取高溫計(jì)和溫度傳感器的輻射度和溫度值；光伏智能監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)配置中的規(guī)定讀取系統(tǒng)中每個(gè)光伏組件的輸出；

45、對(duì)于每個(gè)光伏組件，光伏智能監(jiān)測(cè)模塊分別從電流和電壓傳感器讀取輸出電流和輸出電壓；如果光伏組件的電流讀數(shù)與之前的讀數(shù)存在差異，則將感應(yīng)數(shù)據(jù)離線記錄進(jìn)行本地存儲(chǔ)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接激活時(shí)，將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫；

46、光伏智能監(jiān)測(cè)模塊利用光伏電池組件的特性和光伏電池組件的輸入判斷光伏組件是否正常運(yùn)行，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參考模塊預(yù)測(cè)被測(cè)光伏組件的參考輸出功率；

47、對(duì)于測(cè)試中的光伏組件，實(shí)際感應(yīng)到的光伏組件功率與預(yù)測(cè)的參考光伏組件功率進(jìn)行比較，記錄數(shù)據(jù)并發(fā)送維護(hù)通知；當(dāng)光伏組件功率和參考光伏組件功率之間的差值大于等于10％時(shí)，則向遠(yuǎn)端通訊設(shè)備發(fā)出通知。

48、鄉(xiāng)村配電網(wǎng)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車智能調(diào)控方法，利用所述的鄉(xiāng)村配電網(wǎng)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車智能調(diào)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，其中pma算法子模塊的pma算法，包括：

49、步驟1.輸入電池功率ppv、負(fù)載功率pload以及電池容量socb；

50、步驟2.判斷電池功率ppv是否大于等于負(fù)載功率pload，若大于等于，則進(jìn)入步驟3；若小于等于，則進(jìn)入步驟4；

51、步驟3.過功率模式epm或浮動(dòng)功率模式fpm，包括：

52、(1)若電池容量socb小于容量上限max，則

53、ibref*＝ib,ch

54、

55、其中，ibref*是儲(chǔ)能系統(tǒng)的參考電流，igref*是電網(wǎng)的參考電流，是電網(wǎng)的平均電流,i‘t是電網(wǎng)的瞬時(shí)電流，ib,ch是電池的額定充電電流；

56、(2)若電池容量socb不小于容量上限max，則：

57、ibref*＝0

58、

59、步驟4.欠功率模式，包括：

60、(1)若電池容量socb大于容量下限min，則：

61、

62、其中，λ是電池功率共享系數(shù)，該系數(shù)由socb所代表的電池容量百分比決定；

63、(2)若電池容量socb不大于容量下限min，則：

64、ibref*＝0

65、

66、步驟5.為電網(wǎng)和電流轉(zhuǎn)換器生成參考電流；

67、所述pma算法的模式，包括：

68、欠功率模式：鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元、鄉(xiāng)村分布式光伏單元和智慧儲(chǔ)能單元負(fù)責(zé)滿足平均的電力缺口需求，在電池的soc容量達(dá)到預(yù)定值之前，電池放電以滿足總負(fù)載需求；低于soc容量下限min時(shí)，電池處于閑置狀態(tài)；鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元負(fù)責(zé)瞬態(tài)功率部分；

69、過功率模式：剩余電能用于為智慧儲(chǔ)能單元充電，直至電池達(dá)到最大soc容量限制；當(dāng)電池達(dá)到較高的soc容量限制時(shí)，多余的電能將通過vsc供給鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元；

70、浮動(dòng)功率模式：鄉(xiāng)村分布式光伏單元功率等于負(fù)載所需的功率，如果鄉(xiāng)村分布式光伏單元產(chǎn)生額外的電能，則電能用于為智慧儲(chǔ)能單元充電，直至達(dá)到較高的soc容量限值；多余的電能輸送至鄉(xiāng)村配電網(wǎng)母線單元。

71、更進(jìn)一步的，光伏智能監(jiān)測(cè)模塊的執(zhí)行過程，包括：

72、光伏智能監(jiān)測(cè)模塊讀取配置信息，包括所有已連接光伏組件的信息；

73、光伏智能監(jiān)測(cè)模塊嘗試通過wifi收發(fā)器連接到遠(yuǎn)程服務(wù)器；如果連接成功，光伏智能監(jiān)測(cè)模塊則將現(xiàn)有數(shù)據(jù)與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫同步，并更新現(xiàn)有配置參數(shù)；

74、光伏智能監(jiān)測(cè)模塊讀取高溫計(jì)和溫度傳感器的輻射度和溫度值；光伏智能監(jiān)測(cè)模塊根據(jù)配置中的規(guī)定讀取系統(tǒng)中每個(gè)光伏組件的輸出；

75、對(duì)于每個(gè)光伏組件，光伏智能監(jiān)測(cè)模塊分別從電流和電壓傳感器讀取輸出電流和輸出電壓；如果光伏組件的電流讀數(shù)與之前的讀數(shù)存在差異，則將感應(yīng)數(shù)據(jù)離線記錄進(jìn)行本地存儲(chǔ)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接激活時(shí)，將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫；

76、光伏智能監(jiān)測(cè)模塊利用光伏電池組件的特性和光伏電池組件的輸入判斷光伏組件是否正常運(yùn)行，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參考模塊預(yù)測(cè)被測(cè)光伏組件的參考輸出功率；

77、對(duì)于測(cè)試中的光伏組件，實(shí)際感應(yīng)到的光伏組件功率與預(yù)測(cè)的參考光伏組件功率進(jìn)行比較，記錄數(shù)據(jù)并發(fā)送維護(hù)通知；當(dāng)光伏組件功率和參考光伏組件功率之間的差值大于等于10％時(shí)，則向遠(yuǎn)端通訊設(shè)備發(fā)出通知。

78、一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)介質(zhì)、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序時(shí)實(shí)現(xiàn)任一項(xiàng)所述的鄉(xiāng)村配電網(wǎng)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車智能調(diào)控方法的步驟。

79、一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，所述計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)上存有計(jì)算機(jī)程序，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)任一項(xiàng)所述的鄉(xiāng)村配電網(wǎng)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車智能調(diào)控方法的步驟。

80、本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

81、本發(fā)明提供了一種帶有光伏發(fā)電、考慮電動(dòng)汽車有序充電的智能調(diào)控系統(tǒng)及方法，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、儲(chǔ)能系統(tǒng)與含有電動(dòng)汽車的鄉(xiāng)村負(fù)載之間優(yōu)化協(xié)調(diào)，對(duì)鄉(xiāng)村地區(qū)的能源管理進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，以及智慧儲(chǔ)能單元的管理，有效保障了鄉(xiāng)村供電的穩(wěn)定性。同事通過pma算法的應(yīng)用，在智慧儲(chǔ)能單元的管理中實(shí)現(xiàn)了更精細(xì)的電流控制和模式切換，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和響應(yīng)速度。

82、本發(fā)明通過光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用，減少了對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，促進(jìn)了清潔能源的利用。本發(fā)明鄉(xiāng)村配電網(wǎng)光伏發(fā)電和電動(dòng)汽車智能調(diào)控系統(tǒng)適用于鄉(xiāng)村地區(qū)的能源管理和優(yōu)化，顯著提高了能源利用效率。本發(fā)明的智能調(diào)控系統(tǒng)不僅考慮了光伏發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)，還考慮了電動(dòng)汽車的充電需求，為電動(dòng)汽車在鄉(xiāng)村地區(qū)的普及提供了技術(shù)支持。

83、另外由于本發(fā)明增加了智慧儲(chǔ)能單元中電池管理模塊里面的pma算法，該算法通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了光伏發(fā)電、儲(chǔ)能與負(fù)載之間的優(yōu)化協(xié)調(diào)。pma算法能夠根據(jù)光伏發(fā)電量和負(fù)載需求選擇運(yùn)行模式并生成電流參考值，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。相比現(xiàn)有算法，pma算法在智慧儲(chǔ)能單元的管理中，通過更精細(xì)的電流控制和模式切換，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。