[发明专利]一种分布式光伏发电装置传感器网络节点休眠调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式光伏发电装置传感器网络节点休眠调度方法，属于光伏发电领域。

背景技术

目前，光伏发电已成为太阳能发电的主流趋势，分布式光伏并网发电具有即发即用、适用性强、无需储能等特点，可以对电网起到有力的补充。然而光伏发电系统容易受到外界因素的影响，其出力具有较大的随机性和波动性，随着分布式光伏发电系统在配电网中的渗透率的不断提高，其大量并网将给电网带来不可忽视的影响。通过建立可靠的监控系统，可以为分布式光伏发电系统与电网的协同调度提供指导，以更好地应对未来大规模分布式光伏发电并网的需求。

传统的光伏发电系统监控网络智能化程度较低，需要大量的人力、物力和财力，难以满足监控网络对智能化、无人、少人看守的要求，制约了分布式光伏发电系统的发展。鉴于分布式光伏发电系统规模日益增大及分布运行的特点，其对监控网络灵活性、可靠性和智能化程度提出了更高的要求。无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）因其所具有较强的信息处理能力、存储能力和通信能力，可实时感知监控区域内的环境状态，为光伏发电系统监控网络的构建提供了新的思路。将WSN技术应用于分布式光伏发电系统监控网络,对分布式光伏电源进行双向、动态的实时监控，可以对光伏发电进行准确的出力预测，减小光伏发电不确定性对电网的冲击，这对提高电网对分布式光伏发电系统的接纳和控制能力具有重要意义。

由于传感器节点是由能量有限的电池供电的，对基于WSN技术构建的分布式光伏发电系统监控网络，能耗问题成为制约监控网络运行寿命的主要“瓶颈”。

发明内容

发明目的：本发明提出一种分布式光伏发电装置传感器网络节点休眠调度方法，有效节约监控传感器网络的能耗，延长其运行寿命。

技术方案：本发明采用的技术方案为一种分布式光伏发电装置传感器网络节点休眠调度方法，包括被分为若干簇的传感器节点，并依据能耗最小原则为每个簇选择簇首节点，包括以下步骤：

1）根据光照强度及环境温度日变化规律，传感器节点在一天中不同时段以不同的采样周期Δt采集光照强度和环境温度信息；

2）传感器节点之间以树状拓扑结构进行信息传输，并依据最小跳数原则建立自身的信息传输路径，所有的传感器节点均以多跳的形式向簇首节点发送信息；

3）每个传感器节点发送完自身所需发送的N条信息后，进入休眠状态，直到下一次采样周期Δt的到来。

优选地，所述步骤1）中根据高斯拟合法得到的晴天和阴天条件下光照强度和环境温度采样数据的拟合曲线，当光照强度变化日辐照度最大幅值的2%，传感器节点采集一次光照强度信息，当环境温度变化日最大温差ΔT的2%时，传感器节点采集一次环境温度信息，选择光照强度采样周期和环境温度采样周期中的最小值作为传感器节点的采样周期Δt。

优选地，所述步骤3）中根据每个传感器节点的不同深度d，将深度d与采样周期Δt的乘积作为唤醒时间T_a。而空闲监听时间为：

式中N为监控网络中传感器节点的总数，h为节点间信息传输的距离，v为信息传输速率，D为节点的最大深度。

优选地，传感器节点的能量消耗主要在发送信息、接收信息、空闲监听和休眠4个方面，节点在一个周期内的能耗情况为：

ΔW＝ΔW_active+ΔW_sleep

其中ΔW_active为节点在活跃状态时的能耗，ΔW_sleep为节点在休眠状态时的能耗。

节点活动状态时的能耗为信息接收、信息发送和空闲监听的能耗之和，假设信息接收、信息发送和空闲监听的能耗分别为ΔW_r、ΔW_s、ΔW_i，则：

式中：

U,U_sleep：分别为节点的工作电压和休眠电压；

I_s,I_r,I_i,I_sleep：分别为节点发送信息、接收信息、空闲监听和休眠时的电流；

Δt_s,Δt_r,Δt_i,Δt_sleep：分别为节点发送信息、接收信息、空闲监听和休眠的时间。

假设监控网络中传感器节点的总能量为ΔW_total，则节点的寿命T可表示为：