[发明专利]一种光电混合新能源系统的优化控制方法

摘要

本发明公开了一种光电混合新能源系统的优化控制方法，包括：步骤一、对光电混合新能源系统进行数学建模；步骤二、使用matlab的优化工具箱中的bintprog function求得第一开关至第五开关在各个时段的开关状态，使得目标函数y(t)最小；步骤三、单片机根据步骤二中的开关状态对第一开关至第五开关进行控制。本发明光电混合新能源系统的优化控制方法，简化了原有复杂的混合动力系统模型，并提出了新的离散开关式混合新能源模型；并且采用最优化开关切换控制对用户端的目标函数进行优化，相对于以往控制方式，本控制方法能很大的节约用户端的电费。

主权项

光电混合新能源系统的优化控制方法，包括以下步骤：步骤一、对光电混合新能源系统进行数学建模，所述光电混合新能源系统包括光伏发电系统、电网、整流器、电池、逆变器、用户端和单片机，所述光伏发电系统依次通过第一光电耦合器和第一开关与整流器串联，所述电网依次通过第二光电耦合器和第二开关与整流器串联，所述整流器、电池、以及逆变器依次串联，所述逆变器依次通过第三光电耦合器和第三快关与用户端串联，所述光伏发电系统依次通过第四光电耦合器和第四开关与用户端串联，所述电网依次通过第五光电耦合器和第五开关与用户端串联，所述第一光电耦合器、第二光电耦合器、第三光电耦合器、第四光电耦合器、以及第五光电耦合器分别与单片机串联；所述光电混合新能源系统还包括采集光伏发电系统产生的电量和用户端消耗的电能的智能电表和传感器；所述智能电表和传感器将采集的信息输入给单片机，所述单片机用于对五个光电耦合器进行实时的控制；所述光电混合新能源系统的数学模型为：$\left\{\begin{array}{c}x(t+1)=x\left(t\right)+B\left(t\right)u\left(t\right)\\ y\left(t\right)=D\left(t\right)u\left(t\right)\end{array}\right.$该数学模型为多输入单数输出的系统模型，多个输入端分别是光伏端，电网端和电池端，输出端是用户端消耗电能的电费，其中x(t)表示的是各个时段电池的剩余的电量，u(t)表示的是开关控制矩阵，u(t)＝[u₁(t),u₂(t),u₃(t),u₄(t),u₅(t)]，B(t)表示的是光伏端、电网端和用户端对电池进行充放电的关系矩阵，$B\left(t\right)=\[{\mathrm{\η}}_c{P}_{pv}\left(t\right),{\mathrm{\η}}_c{P}_G\left(t\right),-\frac{P_L\left(t\right)}{{\mathrm{\η}}_D},0,0\]$其中η_c表示的是电池的充电效率，η_D表示的是电池的放电效率，P_pv(t)表示的是光伏端各个时段产生的太阳能电量，P_G(t)是电网端各个时段能提供的电量，P_L(t)表示的是各个时段用户端消耗的电能，通过这个关系矩阵，可以得到电池端电能剩余的数学表达式其中y(t)表示系统的输出，即用户端消耗电能的电费，D(t)表示的是输出电费与使用电网电量的关系矩阵，D(t)＝[0,ρ(t)PG(t),0,ρ(t)P_L(t),0]，ρ(t)表示的是各个时段电网的电价；这样可以得到用户端电费的数学表达式为其中ρ(t)表示的是各个时段电网的电价，其表达式为ρ_k(t)表示的是峰值电价，ρ_o(t)表示的是谷底电价，ρ_s(t)表示的是标准电价；对光电混合新能源系统，控制输入和电池电量的状态要满足以下几点限制要求：(1)光伏输出限制：光伏端产生的电能在一个时段内只能给电池充电或者给用户端供电，第一开关和第二开关不能同时闭合，其数学表达式为：u₁(t)+u₅(t)≤1；(2)需求平衡限制：为了满足用户端的需求，三个供电端在每一个时段必有一个处于闭合状态，且提供的电量应当打大于等于用户端消耗的电量，其数学表达式为：$\left\{\begin{array}{c}{u}_3\left(t\right)+u_4\left(t\right)+u_5\left(t\right)=1\\ P_L\left(t\right)\[u_3\left(t\right)+u_4\left(t\right)\]+P_{pv}\left(t\right)u_5\left(t\right)\≥P_L\left(t\right)\end{array}\right.;$(3)充放电限制：为了保证电池能够安全稳定运行，电池只能单独进行充电或者放电，充电时至多只有一个供电端对其进行充电，其数学表达式为：u₁(t)+u₂(t)+u₃(t)≤1(4)电池电量的界限限制：各个时段电池中的电量应当小于电池的最大容量，且大于电池的最低容量，其数学表达式为：S^min≤S(t)≤S^max(5)电池终态限制：为了保证系统能够稳定的运行，电池每个时刻的电量应当大于等于电池初始状态的电量，这使得电池每天都能在初始电量的周围波动，保证系统稳定运行，其数学表达式为：S(0)≤S(T)步骤二、使用matlab的优化工具箱中的bintprog function求得第一开关至第五开关在各个时段的开关状态，使得目标函数y(t)最小；步骤三、单片机根据步骤二中的开关状态对第一开关至第五开关进行控制。